论文名称: PP-LCNet: A Lightweight CPU Convolutional Neural Network

作者:Cheng Cui, Tingquan Gao, Shengyu Wei,Yuning Du...

Code: github.com/PaddlePaddl…

  • 总结了一些在延迟(latency)几乎不变的情况下精度提高的技术;
  • 提出了一种基于MKLDNN加速策略的轻量级CPU网络,即PP-LCNet。
  • 目前的轻量级网络在启用 MKLDNN 的Intel CPU上速度并不理想,考虑了一下三个基本问题:

  • 如何促使网络学习到更强的特征,但不增加延迟?
  • 在CPU上提高轻量级模型精度的要素是什么?
  • 如何有效地结合不同的策略来设计CPU上的轻量级模型?
  • Method

    PP-LCNet使用深度可分离卷积作为基础结构,构建了一个类似MobileNetV1的BaseNet,并在其基础上结合现有的技术,从而得到了PP-LCNet

    参数配置:

    Better activation function

    激活函数是神经网络中非线性的来源,因此其质量一定程度上决定着网络的表达能力。

    当激活函数由Sigmoid变为ReLU时,网络的性能得到了很大的提升,近来出现了很多超越ReLU的激活函数,如EfficientNet的Swish,MobileNetV3中将其升级为HSwish,避免了大量的指数运算;因此本网络中使用HSwish激活函数代替ReLU。

    首先让我们看一下ReLU函数的近似推导:

    f ( x ) = i = 1 σ ( x i + 0.5 ) ( s t e p p e d s i g m o i d ) l o g ( 1 + e x ) ( s o f t p l u s f u n c t i o n ) m a x ( 0 , N ( 0 , 1 ) ) ( R e L U f u n c t i o n ) \begin{aligned} f(x)&=\sum_{i=1}^{\infin}\sigma(x-i+0.5) &(stepped\ sigmoid)\\ &\approx log(1+e^x) &(softplus\ function)\\ &\approx max(0,N(0,1)) &(ReLU\ function) \end{aligned}

    出于计算量的考虑和实验验证选择了ReLU

    ReLU6:

    增加了上界

    Swish

    f ( x ) = x s i g m o i d ( β x ) f(x)=x\cdot sigmoid(\beta x)

    \beta是个常数或可训练的参数。Swish 具备无上界有下界、平滑、非单调的特性。 Swish 在深层模型上的效果略优于 ReLU。仅仅使用 Swish 单元替换 ReLU 就能把 Mobile NASNetA 在 ImageNet 上的 top-1 分类准确率提高 0.9%,Inception-ResNet-v 的分类准确率提高 0.6%。

    当β = 0时,Swish变为线性函数 f ( x ) = x 2 f(x)=\frac x 2

    HSwish:

    Swish函数的计算量是很大的,因此提出了HSwish,H表示Hard,意味着超过某个范围,激活值为常数

    对ReLU6除以6再向左平移三个单位可以得到HSigmoid:

    HSwish的近似公式为x\cdot h\sigma(x)=\frac{relu6(x+3)}{6},图像如下:

    SE modules at appropriate positions

    注意力模块无疑是轻量级网络完美的选择,本文探究了SE模块放置的位置,发现在网络深层的效果较好。

    Larger convolution kernels

    使用更大的卷积核尺寸,发现在网络深层效果较好

    Larger dimensional1×1conv layer after GAP

    在网络最后的GAP之后使用Pointwise卷积进行升维,以此提高网络的性能

    Drop out

    实验发现drop out可以提高性能

    与其他网络进行对比

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