【AKD】2020-CVPR-Search to Distill Pearls are Everywhere but not the Eyes-论文阅读

AKD

2020-CVPR-Search to Distill Pearls are Everywhere but not the Eyes

来源：ChenBong 博客园

• Institute：Google AI，Google Brain，CUHK
• Author：Yu Liu，Xuhui Jia，Mingxing Tan
• GitHub：/
• Citation： 13

Introduction

在RL的NAS方法基础上，在评估阶段，使用蒸馏对采样的子网进行训练少量epoch，使RL可以生成性能越来越好的模型

Architecture-aware Knowledge Distillation (AKD) approach

Motivation

传统的 KD，都是在参数层面上将 teacher 的参数知识迁移到 student 的参数上，但作者发现 teacher 还存在结构知识，即尽管传统的KD方法可以让 student 学到参数知识，但不一定能学到结构知识。

传统的KD，对于给定的 teacher，都是使用 pre-define 的 student，但 teacher 和 student 之间可能不是最佳匹配，即 student 无法学到 teacher 的结构知识，即 teacher 和 student 在结构上也需要一定的匹配。

从以上结果可以得出，student 的相对性能和所选择的 teacher 有关

本文的目标就是针对给定的 teacher，搜索适合该 teacher 的最佳的 student 结构，即该 student 更最大限度的学习到 teacher 的结构知识

Teacher-Student relationship

不同的 teacher network 的性能：

随机选择5个（在one-hot label下训练的性能相似的）student network：

表3可以看出：

• 没有哪个 student 在不同的teacher指导下，获得一致的最高性能
• teacher 的性能和 student 的性能没有必然关系

Contribution

Method

基于RL的NAS：NASNet

1. RL从模型空间中采样 model
2. 正常训练每个 sample 5 个 epoch
3. 计算 classification-guided reward，更新 RL

基于RL+KD的NAS：**AKDNet **

1. RL从模型空间中采样 model
2. 使用 teacher 蒸馏训练每个 sample 5 个 epoch
3. 计算 KD-guided reward，更新RL

reward包含2部分：latency + acc 的加权求和

对 teacher 有更高匹配度的模型，在第2步中就会有更高的acc，使得RL会生成能从teacher中收益更多的模型

Experiments

Cost

In each searching experiment, the RL agent samples ∼10K models

the searching time of AKD is 3∼4 times longer than the conventional NAS

Each experiment takes about 5 days on 200 TPUv2 Donut devices

Setup

• teacher：Inception-ResNetv2
• latency：measure in Pixel 1 phone
• search： RL agent sample ∼10K models
• retrain：pick (meet latency constant) top models，(w/， w/o KD) train 400 epochs

searching process

AKDNet 和 NASNet 会收敛到搜索空间中不同的区域

Understanding the structural knowledge

Existence of structural knowledge

以上的方法都基于一个假设：即 teacher network 中包含结构知识，不同student对结构知识的学习能力是有限的

如何证明 teacher network 中结构知识的存在？回答2个问题：

1. 2个初始状态相同的 RL agents 使用2个不同的 teacher 执行AKD，搜索的到 student 结构是否会收敛到不同的区域？
2. 2个初始状态不同的 RL agents 使用相同的 teacher 执行 AKD，搜索到的 student 结构是否会收敛到相同的区域？

Different teachers with same RL agent

• Teacher：Inception-ResNetv2，EfficientNet-B7
• RL agent：same random seed, same mini-train / mini-val split

Same teacher with different RL agent

• Teacher：Inception-ResNetv2
• RL agent：different random seed, different mini-train / mini-val split

图6和图7说明了结构知识确实存在

main result

NASNet 的KD收益 = KD(NASNet) − CLS(NASNet) = 63.9 - 57.7 = 4.17（1.1/1.7）

AKDNet 的KD收益 = KD(AKDNet) − CLS(AKDNet) = 66.5 - 61.4 = 5.1 （2.4/1.9）

说明AKDNet 更容易从KD中获益（KD-friendly）

AKDNet对其他KD方法的适应性

以上在retrain阶段都是使用标准KD，在retrain阶段改为更强的KD方法，说明AKDNet对不同KD方法的适应性：

在相同的 latency 下，AKDNet 在 baseline 已经很高的情况下，还是在3中KD方法中都获得了更高的收益，即 AKDNet 可以在 retrain+KD 下获得更高的收益与 retrain 时使用的KD方法无关。

Compare with SOTA architectures

与 MNASNet 相比，AKDNet 依然在 KD 中可以获得更高的收益

Conclusion

Summary

pros：

• 证明了 KD 中 teacher network 的结构知识确实存在
• 对于给定的 teacher，存在对该 teacher KD-friendly 的 student 网络，合适的 student 可以更好地学习 teacher 的结构知识
• 实验很丰富

cons：

• 没有使用任何降低计算开销的方法（如supernet），使用简单粗暴的 RL sample，计算开销非常大

To Read

Reference

https://blog.csdn.net/luzheai6913/article/details/106391507

https://zhuanlan.zhihu.com/p/93351373

https://zhuanlan.zhihu.com/p/93287223