DNA
2020-CVPR-Blockwisely Supervised Neural Architecture Search with Knowledge Distillation
来源：ChenBong 博客园
- Institute：DarkMatter AI Research，Monash University，Sun Yat-sen University
- Author：Changlin Li，Jiefeng Peng，Liuchun Yuan
- GitHub：https://github.com/changlin31/DNA 140+
- Citation： 28
Motivation
共享参数的超网训练（SPOS）作为子网的性能评估器的准确性是很差的（进而导致后续搜索到的子网不是最佳的），由于超网空间太大，因此随机采样的训练方式不可能保证每个子网都得到充分的训练。
之前的工作发现，当supernet的空间越小，supernet对每个子网的性能评估的准确度越高。
但supernet空间又不能太小，如何保证supernet空间足够大的情况下，又能使supernet中的每个子网都能得到充分的训练？
Introduction
将 supernet 划分为相互独立的不同 block，平行训练不同的 block，最后再选择每个 block 中的最佳路径，组合成最终的网络。
这样组合出来的子网，每个路径都有充分的训练，即使用supernet作为评估器对不同子网的评估准确度较高。
难点在于如何单独训练中间的某个block？引入 teacher model，用 teacher model 中间block的输入输出，来监督 student supernet 中间 block 的学习。
使用固定的 teacher，将 student supernet 划分为与 teacher 相同的 block，将 teacher 的每个 block 的输入输出作为 student supernet 对应block的训练数据<X, Y>，平行训练 student supernet 中的每个 block
Contribution
- 将supernet划分为多个block，使得不同路径能得到充分训练
- inter layer KD 和 nas 的结合
Method
Pipeline
将 supernet 划分为N个blcok：
每个blcok可以单独训练，相当于训练多个很小的 supernet \(\mathcal A_i\)：
最终的最佳结构是在每个block中的最佳的path组合起来：
细节
Supernet 结构
teacher：EfficientNet-B0 (#Params=5.28M)
MobileNet V2 block
- kernel sizes of {3, 5, 7}
- expansion rates {3, 6}
student supernet 训练：inter layer KD
- teacher 参数不更新
- 训练时，每个block随机激活一条 path，可以将每个 block 看做一个小的 supernet，因此不同 block 的训练是互不影响的
\(K\) 是 feature map \(\mathcal Y_i\) 的通道数
student supernet 评估与搜索
eval： 每个 block 中的 \(10^4\) 个 sub-path 分别评估，记录下ranking
search：按照贪心策略，做DFS，按照 block 顺序，优先选取 ranking 高的 sub-path，如果当前 sub-path 的 size 之和超出约束，则抛弃该子树下的所有节点，直至搜索到满足约束的 sub-path 组合，即最佳子网。
Experiments
cost
- train supernet：3*8 GPU days
- eval：0.6 GPU days
- search：less one hour CPU
ImageNet
Ablation Study
Ranking
KD feature map 相似性
Teacher size
最终性能与 teacher size 和 teacher 性能无关
Conclusion
Summary
- 使用 KD 与 nas 结合较早的文章，需要额外的 teacher model，且 supernet 设计也会受到teacher 结构的影响
- teacher 网络一成不变，不知道如果 teacher 也同时从头训练会如何（协同进化）？
- 将 supernet 不同 stage 解耦独立（平行）训练的想法很 novel
To Read
Reference
https://www.jiqizhixin.com/articles/2020-03-19-8
https://zhuanlan.zhihu.com/p/148522339
https://blog.csdn.net/luzheai6913/article/details/105825587