新手炼丹经验总结

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作者丨hzwer@知乎

来源丨https://zhuanlan.zhihu.com/p/367004782

编辑丨极市平台

导读

 

本文总结了作者自身炼丹过程中的一些经验，包括了一些方法论以及技巧，帮助小白正确入坑。 

炼丹入坑三年多，来总结一些经验，本文旨在帮助小白少走弯路，大佬轻喷：

本文源于一个旧回答：你有哪些deep learning（rnn、cnn）调参的经验？（https://www.zhihu.com/question/41631631/answer/859040970）我的工作可以参见 我的 Github（https://github.com/hzwer），一股浓浓调参风，所以感觉能来说点小经验。另，旷视研究院目前在春招实习生，欢迎大家投递。

1.  准备工作

大部分情况下，我们的工作应该站在巨人的肩膀上，切忌空中楼阁和徒手造轮子。在实践中建议琢磨以下两问：a. 目前的问题是否可能用神经网络学习？b. 是否有人做过类似的工作？

a. 即使有数据，神经网络不是万能求解器。在视觉任务中的经验规律是，神经网络的水平普遍高于普通人，弱于专家。理解“不能被神经网络学习”的任务比较困难，通常可以把问题做分解和规约。举例，因为神经网络可以做图片一千类别分类，那么训练分类器分类一个人有没有戴口罩很可行；因为让神经网络生成一张高分辨率图片比较难，所以让神经网络端到端生成抖音短视频会非常难。

b. 最令人心态崩溃的事情有：开始写了一半论文才发现别人早就发表过了；搞了个把月的项目，不如人家 git clone 下来一键生成水平。通过文献调研和 paperswithcode，可以避免这类问题发生。有一个高的起点非常重要，做学校的课程项目时，同学们往往喜欢用一个很差的基准，跑一些不强的对比实验，但正经的研究工作，往往要从一个很强的基准开始着手改进。尽量不要在玩具级别的数据集或任务上做研究，比如 MNIST（有少数例外）。

2. 炼丹方法论

以下总结了这几年对我影响较大的几个方法论。a. 可复现性。b. 高效实验。c. 防呆实验。

a. 有的朋友在炼丹的时候从头到尾只维护若干份代码，每次载入前一次的训练参数，改一下代码再炼，俗称 老丹 。这样会有很多问题：某次引入一个 bug，过了很久才发现，不知道影响范围；得到一个好模型，但是没人知道它是怎么来的；忘了自己的 baseline 长什么样，不知道改动是正向还是负向。

我们要尽可能确保每一个模型有可复现性，实践上建议固定随机种子，且不在训练过程中再改动训练代码。训练新的模型时，把旧的代码复制一遍。得到的实验结果要开个文档记下来以便日后总结，避免遗忘。后续总结回顾实验记录，往往能获得灵感。

b. 不是每一个实验都要出一个好模型， 实验是为了验证结论的 。如果每个实验都要 8 张卡跑两个星期，人力物力都耗不起。尽力把实验控制在单卡一天以内，理想状态是半天得一次结论。理论上来说，水多加面面多加水（加数据加计算量）的做法无限涨点。建议先设一个目标，比如说就是在半天的训练时间下做对比实验。等到实验比较成熟以后再做大实验。

我的实践经验是，优先选用小骨干网络 + 更小的输入，直到消除了大部分 bugs；用 cProfile 来找找性能瓶颈（训练工程写的不够好时，常常有一大半时间耗费数据传输，我曾经发现某个工程数据处理中一大半时间在调用 numpy 的 round 函数，还有某个工程大部分的时间开销在线程锁上），解决这些问题能让之后工作事半功倍。

c. 介绍几种经典的防呆实验。首先可以只拟合一张图片或者若干张图片来观察视觉效果，看看能不能正常过拟合。还可以把标签直接喂进网络中，看看网络是否能够快速学到 trivial 解。在训练过程中绘制训练集和验证集的损失函数曲线，看是否有合理的 gap。

3. 实战小技巧

不迷信调参，如果发现一个模型对各种超参数都非常敏感，每天在各种组合上试的不亦乐乎，通常是有地方出了问题，包括测试脚本写错，任务定义不合理，数据太脏等。举个例子，以前大家会非常注意一些细节，比如模型初始化，输入归一化等，原因是当时各种框架和算法实现不成熟。现在的框架通常在这些细节上都默认是比较鲁棒的设置，不建议特别关注。

我个人的经验是，优化器用 AdamW（少数地方用 SGD with Momentum），学习率推荐 cosine learning rate，初始值选 3e-4（SGD 可以选 0.1)，激活函数选 PReLU。Batchsize 取 64，尽量用多卡，如果用 torch 的话记得用 DistributedDataParallel。用上这些基本不出错，唯一比较玄学的是 BatchNormalization，有的任务上用了就是会变差（比如超分辨率，光流估计），有的任务不用 BatchNormalization 就是不好调。不要迷信公众号的“即插即用”方法，各种魔改优化器、激活函数、魔幻注意力不建议碰（除非研究这个），尽量用大量研究者验证过的方法。

如果感觉模型依然有 bugs，建议检查以下几条。a. 检查模型是否正确开关了 eval 和 train 模式。b. 检查模型每个模块的输入输出范围是否符合预期。c. 可视化带增广的训练数据，看看是否符合预期（顺便提一下 imgaug，这个开源库用来做数据增广性能很好，不容易踩坑）。

祝读到这里的各位模型涨点！

参考文献

Bag of Tricks for Image Classification with Convolutional Neural Networks，trick 合集 1。

Must Know Tips/Tricks in Deep Neural Networks，trick 合集 2。

33条神经网络训练秘技，trick 合集 3。

26秒单GPU训练CIFAR10，工程实践。

Batch Normalization，虽然玄学，但是养活了很多炼丹师。

点个在看 paper不断！