关于神经网络的论文

？目前，神经网络结构搜索(NAS)在设计图像分类的模型结构方面取得了很大的成就，但它非常耗时，主要花在训练搜索到的子模型上。本文的主要工作是提出高效神经架构搜索(ENAS)，强制所有子模型享受权重* * *以避免从头训练，从而达到提高效率的目的。虽然不同的模型使用不同的权重，但是从迁移学习和多任务学习的研究结果来看，将当前任务的模型A学习到的参数应用到其他任务的模型B是可行的。从实验来看，享受参数不仅可行，还能带来强劲的性能。实验只用了1080Ti的单页，比NAS快1000倍。

？NAS的搜索结果可以看作是大图中的一个子图，搜索空间可以用一个单向无环图(DAG)来表示。每个搜索的结构可以被视为图2中DAG的子网。ENAS定义的DAG是所有子网的叠加，其中每个节点对于每种计算类型都有自己的参数，这些参数仅在特定计算方法被激活时使用。所以ENAS的设计是让子网享受参数* * *，下面会详细介绍。

？为了设计递归单元，采用了节点的DAG，其中节点表示计算类型，边表示信息流方向，ENAS的控制者也是RNN，主要定义为:1)激活的边2)每个节点的计算类型。在NAS(Zoph 2017)中，循环单元的搜索空间在具有预定义结构的拓扑结构(二叉树)上，只学习每个节点的计算类型，而NAS同时学习拓扑结构和计算类型，更加灵活。

？为了创建一个循环单元，控制器RNN首先对一个块的结果进行采样，获取当前单元的信息(如单词嵌入)，并输出它用于前一时间步的隐藏层。具体步骤如下:

？注意每对节点()都有独立的参数，使用哪个参数是根据选择的索引决定的。因此，ENAS的所有环路单元可以共享相同的参数集。本文的搜索空间包含指数数量的配置。假设有n个节点和四个激活函数，* *有三种配置。

？ENAS的控制器是具有100个隐单元的LSTM，选择决策是通过softmax分类器以自回归方式做出的。上一步的输出作为下一步的输入嵌入，控制器的第一步接受空的嵌入输入。学习参数主要包括控制器LSTM参数和子网* * *分担权值。ENAS的训练分为两个重叠的阶段。第一阶段是在完整的训练集上学习* * *共享权重，第二阶段是训练控制器LSTM的参数。

？控制器的策略是固定的，然后进行随机梯度下降，使交叉熵损失函数的期望值最小。对于小批量模型的交叉熵损失，模型来源于抽样。

？梯度的计算公式为1，该公式来自采样并更新所有模型的梯度。公式1是对梯度的无偏估计，但是方差很大(和NAS一样，采样模型的表现也不一样)，论文发现使用时训练效果还不错。

？修正并更新了策略参数，目标是最大化预期回报。使用Adam优化器，使用Williams加强法进行梯度计算，并加入指数移动平均以减小方差。计算是在一个独立的验证集上进行的，该验证集与Zoph的NAS基本相同。

？训练有素的ENAS进行新模式建设。首先，从训练策略中抽取几个新的结构。对于每个采样的模型，计算验证集的小批的准确度，并且从零开始重新训练具有最高准确度的模型。所有的样本网络都可以从零开始训练，但本文的方法具有相近的精度和更大的经济效益。

？为了创建卷积网络，控制器的每个决策块做出两个决策，这构成了卷积网络的一层:

？进行二次选择以生成该层的网络，* * *种网络。实验中，L取12。

？NASNet提出设计小模块，然后堆叠成完整的网络，主要设计对流单元和还原单元。

？用ENAS生成一个卷积单元，构造一个节点B的DAG来表示单元内的计算，其中节点1和节点2表示单元输入，是完整网络中前两个单元的输出，预测其余节点的两个选择:1)选择两个前面的节点作为当前节点输入2)为两个输入选择计算类型，* * *五个运算符:恒等式 核大小为3× 3和5× 5的可分离卷积，以及核大小为3× 3的平均池和最大池，然后将运算符结果相加。 对于，搜索过程如下:

？对于归约单元，上述搜索空间生成可以用同样的方法:1)采样a计算如图5所示；图2)将所有计算的步距更改为2。这样，归约单元可以将输入归约为1/2，控制器***预测块。

？最后，计算搜索空间的复杂度。对于节点I，troller先选择两个节点，然后选择五个算子中的两个，分别是* * *坑单元格。因为这两个单元是独立的，所以搜索空间的大小最终取决于网络的种类。

？对节点的计算做了一些修改，例如，添加了高速公路连接到，其中是元素乘法。搜索结果如图6所示，有意思:1)所有激活方式都是tanh或Relu2)结构可能是局部最优的，节点激活函数的随机替换会造成性能显著下降；3)搜索输出是六个节点的平均值，类似于混合上下文(MoC)。

？单1080Ti已培训10小时。Penn Treebank上的结果显示在表1中。PPL越低，性能越好。可以看出，ENAS的复杂度低，参数数量很少。

？表2中的第一块是最佳分类网络DenseNet的结构，第二块是ENAS设计整个卷积网络的结果(我感觉这里应该没有微搜索空间)，第三块是设计单位的结果。

？全网搜索的最优结构如图7所示，错误率为4.23%，优于NAS。单卡搜索大概需要7个小时，比NAS快50000倍。

？单元搜索的结构如图8所示。单卡搜索11.5小时，错误率3.54%。通过剪切增强，它比NASNet更好。发现ENAS搜索的结构是局部最优的，修改会降低性能，而ENAS不采样多个网络进行训练，给NAS带来很大的性能提升。

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？NAS是自动设计网络结构的重要方法，但它需要巨大的资源，这使得它无法被广泛应用。而本文提出的高效神经架构搜索(ENAS)享有子网的参数，比NAS快1000倍以上，单卡搜索耗时不到半天，性能不降反升，非常值得参考。

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