机器学习——压缩网络作业

任务描述

• 网络压缩：使用小模型模拟大模型的预测/准确性。
• 在这个任务中，需要训练一个非常小的模型来完成HW3，即在food-11数据集上进行分类。

介绍

有许多种网络/模型压缩的类型，这里介绍两种：

• 知识蒸馏：让小模型通过观察大模型学习时的行为（预测）来学习得更好。（字面上：让小模型从大模型中提取知识）
• 设计架构：使用更少的参数来表示原始层。（例如，普通卷积 - 深度卷积和逐点卷积）
• 如果对网络剪枝感兴趣，可以查看ML-Spring2020-HW7中的Colab教程。

知识蒸馏

• 在训练小模型时，添加大模型的一些信息（例如预测的概率分布）以帮助小模型更好地学习
• 提供了一个训练良好的网络，以帮助您进行知识蒸馏（准确率约为0.855）
• 请注意，在写作业时，只能使用我们提供的预训练模型

网络设计

• 深度卷积和逐点卷积层（MobileNet中提出）
  • 可以将原始卷积视为密集/线性层，但每行/每个权重是一个滤波器，原始乘法变成了卷积操作。（输入权重 - 输入滤波器）
  • 深度卷积depthwise：让每个通道首先通过各自的滤波器，然后让每个像素通过共享权重的密集/线性层。
  • 逐点卷积pointwise：是一个1x1卷积。
• 强烈建议使用类似的技术来设计您的模型。$（NMkk/Nkk+NM）$
  参数量变少很多

Baseline

• 简单基准（2分，准确率≥0.59856，2小时）
  • 只需运行代码并提交答案。
• 中等基准（2分，准确率≥0.65412，2小时）
  • 完成知识蒸馏中的损失并控制 alpha 和 T。
• 强基准（1.5分，准确率≥0.72819，4小时）
  • 通过深度和逐点卷积层修改模型架构。
    • 可以从 MobileNet、ShuffleNet、DenseNet、SqueezeNet、GhostNet 等获取优秀的想法。
  • 在 HW3 - CNN 中学到的任何技术和方法。例如，加强数据增强，修改半监督学习等。

• Boss Baseline (0.5 pts, acc ≥ 0.81003)
  • 让教师网络更加强大。
    • 如果教师网络太强大，可以考虑TAKD技术。
  • 实施其他高级知识蒸馏。
    • 例如，DML，关系KD …
  • 如果模型参数数量略大于约束值（100,000），可以使用网络剪枝。
  • 如果对之前的技术感到困惑，可以查看去年TA的课程。(幻灯片，视频)

实践

• group convolution： 类似于Alexnet，分成一组一组的，alexnet里面是一半一半

• depthwise，需要将groups设置成in_chs
  
  
  
  
  
  
  
  
• 语料要干净
• 由于有一个学习过的大模型，让它教导其他小模型。在实现中，让训练目标为大模型的预测，而不是地面真相。

为什么有效？

• 如果数据不干净，那么大模型的预测可能会忽略带有错误标记数据的噪声。
• 标签可能具有某些关系。例如，数字8更类似于6、9、0，而不是1、7。
  
• hard loss + soft loss
  
  教师模型设置
• 提供一个经过良好训练的教师模型，以帮助进行知识蒸馏到学生模型。请注意，如果想更改转换函数，应该考虑是否适合这个经过良好训练的教师模型。
• 如果无法成功下载，请更改链接（在此Colab教程的底部提供了备用链接）。

在未标记的数据中生成伪标签是一种半监督学习的技术，它可以帮助利用未标记数据来提高模型的性能。生成伪标签的一般步骤如下：

1. 使用已训练的模型进行推理：首先，使用已经在标记数据上训练好的模型对未标记数据进行推理，得出模型对这些数据的预测结果。

2. 选择置信度阈值：为了生成可靠的伪标签，需要设置一个置信度阈值。只有当模型对样本的预测置信度高于这个阈值时，才会为该样本生成伪标签。

3. 生成伪标签：对于那些置信度高于阈值的样本，将模型的预测结果作为它们的伪标签。

4. 结合标记数据和伪标签数据：将生成的伪标签与已有的标记数据结合起来，形成一个扩充的训练集。

5. 重新训练模型：使用包含标记数据和伪标签数据的扩充训练集重新训练模型，以提高模型性能和泛化能力。

需要注意的是，在生成伪标签时要谨慎选择置信度阈值，以确保伪标签的质量和对模型性能的提升有益处。