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随着LLM时代的到来，学术界对于优化器的研究热情似乎有所减退。这主要是因为目前主流的AdamW已经能够满足大多数需求，而如果对优化器“大动干戈”，那么需要巨大的验证成本。因此，当前优化器的变化，多数都只是工业界根据自己的训练经验来对AdamW打的一些小补丁。 不过，最近推特上一个名为“Muon”的优化器颇为热闹，它声称比AdamW更为高效，且并不只是在Adam基础上的“小打小闹”，而是体现了关于向量与矩阵差异的一些值得深思的原理。本文让我们一起赏析一番。 算法初探 Muon全称是“MomentUm Orthogonalized by Newton-schulz”，它适用于矩阵参数 \(\boldsymbol{W}\in\mathbb{R}^{n\times m}\) ，其更新规则是 \[\begin{aligned} \boldsymbol{M}_t =&\, \beta\boldsymbol{M}_{t-1} + \boldsymbol{G}_t \\[5pt] \boldsymbol{W}_t =&\, \boldsymbol{W}_{t-1} - \eta_t...

一般来说，神经网络处理的东西都是连续的浮点数，标准的输出也是连续型的数字。但实际问题中，我们很多时候都需要一个离散的结果，比如分类问题中我们希望输出正确的类别，“类别”是离散的，“类别的概率”才是连续的；又比如我们很多任务的评测指标实际上都是离散的，比如分类问题的正确率和F1、机器翻译中的BLEU，等等。 还是以分类问题为例，常见的评测指标是正确率，而常见的损失函数是交叉熵。交叉熵的降低与正确率的提升确实会有一定的关联，但它们不是绝对的单调相关关系。换句话说，交叉熵下降了，正确率不一定上升。显然，如果能用正确率的相反数做损失函数，那是最理想的，但正确率是不可导的（涉及到 \(\text{argmax}\) 等操作），所以没法直接用。 这时候一般有两种解决方案；一是动用强化学习，将正确率设为奖励函数，这是“用牛刀杀鸡”的方案； 另外一种是试图给正确率找一个光滑可导的近似公式 。本文就来探讨一下常见的不可导函数的光滑近似，有时候我们称之为“光滑化”，有时候我们也称之为“软化”。 max 后面谈到的大部分内容，基础点就是max操作的光滑近似，我们有：...

Dropout的运作方式 在神经网络的训练过程中，对于一次迭代中的某一层神经网络，先随机选择中的一些神经元并将其临时隐藏(丢弃)，然后再进行本次训练和优化。在下一次迭代中，继续随机隐藏一些神经元，如此直至训练结束。由于是随机丢弃，故而每一个mini-batch都在训练不同的网络。 在训练时，每个神经单元以概率 \(𝑝\) 被保留(Dropout丢弃率为 \(1−𝑝\) )；在预测阶段（测试阶段），每个神经单元都是存在的，权重参数 \(𝑤\) 要乘以 \(𝑝\) ，输出是： \(𝑝𝑤\) 。示意图如下： 预测阶段需要乘上 \(p\) 的原因： 前一层隐藏层的一个神经元在dropout之前的输出是 \(x\) ，训练时dropout之后的期望值是 \(E=px+0*(1−p)\) ; 在预测阶段该层神经元总是激活， 为了保持同样的输出期望值并使下一层也得到同样的结果 ，需要调整 \(x\rightarrow px\) . 其中 \(p\) 是Bernoulli分布（0-1分布）中值为1的概率。 Dropout 实现 如前文所述，在训练时随机隐藏部分神经元，在预测时必须要乘上p。代码如下：...

池化： 池化函数使用某一位置的相邻输出的总体统计特征来代替网络在该位置的输出。本质是 降采样，可以大幅减少网络的参数量 。 常用的池化有：均值池化（mean pooling）、最大池化（max pooling）。 pooling操作没有参数量！！！ 下面来说说这两种池化的区别与作用： 均值池化 主要用来 抑制邻域值之间差别过大，造成的方差过大 。 如，输入（2,10），通过均值池化后是（6）， 对于输入的整体信息保存的很好，在计算机视觉中：因为一般前景的值大于背景，并且背景较多，所以 对背景的保留效果好 反传 mean pooling的前向传播就是把一个patch中的值求取平均来做pooling，那么反向传播的过程也就是把某个元素的梯度等分为n份分配给前一层，这样就保证池化前后的梯度（残差）之和保持不变，还是比较理解的，图示如下 mean pooling比较容易让人理解错的地方就是会简单的认为直接把梯度复制N遍之后直接反向传播回去，但是这样会造成loss之和变为原来的N倍，网络是会产生梯度爆炸的。 最大池化 能够 抑制网络参数误差造成的估计均值偏移的现象 。...

Softmax初探 在机器学习尤其是深度学习中，softmax是个非常常用而且比较重要的函数，尤其在多分类的场景中使用广泛。他把一些输入映射为0-1之间的实数，并且归一化保证和为1，因此多分类的概率之和也刚好为1。 首先我们简单来看看softmax是什么意思。顾名思义，softmax由两个单词组成，其中一个是max。对于max我们都很熟悉，比如有两个变量 \(a\) , \(b\) 。如果 \(a>b\) ，则max为 \(a\) ，反之为 \(b\) 。用伪码简单描述一下就是 if a > b return a; else b 。 另外一个单词为soft。max存在的一个问题是什么呢？如果将max看成一个分类问题，就是非黑即白，最后的输出是一个确定的变量。更多的时候，我们希望输出的是取到某个分类的概率，或者说，我们希望 分值大的那一项被经常取到，而分值较小的那一项也有一定的概率偶尔被取到 ，所以我们就应用到了soft的概念，即最后的输出是每个分类被取到的概率。 Softmax的定义 假设有一个数组 \(V\) ， \(V_i\) 表示 \(V\) 中的第 \(i\)...

机器学习 Hinge Loss Hinge 的叫法来源于其损失函数的图形，为一个折线，通用函数方式为: \[L(m_i) = max(0,1-m_i(w))\] Hinge可以解 间距最大化 问题，带有代表性的就是svm,最初的svm优化函数如下: \[\underset{w,\zeta}{argmin} \frac{1}{2}||w||^2+ C\sum_i \zeta_i \\ st.\quad \forall y_iw^Tx_i \geq 1- \zeta_i \\ \zeta_i \geq 0\] 将约束项进行变形则为: \[\zeta_i \geq 1-y_iw^Tx_i\] 则可以将损失函数进一步写为: \[\begin{aligned}J(w)&=\frac{1}{2}||w||^2 + C\sum_i max(0,1-y_iw^Tx_i) \\ &= \frac{1}{2}||w||^2 + C\sum_i max(0,1-m_i(w)) \\ &= \frac{1}{2}||w||^2 + C\sum_i L_{Linge}(m_i) \end{aligned}\]...

mAP定义及相关概念 mAP: mean Average Precision, 即各类别AP的平均值 AP: PR曲线下面积，后文会详细讲解 PR曲线: Precision-Recall曲线 Precision: TP / (TP + FP) Recall: TP / (TP + FN) TP: IoU>0.5的检测框数量（同一Ground Truth只计算一次） FP: IoU<=0.5的检测框，或者是检测到同一个GT的多余检测框的数量 FN: 没有检测到的GT的数量 mAP的具体计算 由前面定义，我们可以知道，要计算mAP必须先绘出各类别PR曲线，计算出AP。而如何采样PR曲线，VOC采用过两种不同方法。 在VOC2010以前，只需要选取当Recall >= 0, 0.1, 0.2, ..., 1共11个点时的Precision最大值，然后AP就是这11个Precision的平均值。 在VOC2010及以后，需要针对每一个不同的Recall值（包括0和1），选取其大于等于这些Recall值时的Precision最大值，然后计算PR曲线下面积作为AP值。 mAP计算示例 假设，对于...

如果把 近几年对比学习在视觉领域有代表性的工作做一下总结，那么对比学习的发展历程大概可以分为四个阶段： 百花齐放 这个阶段代表性工作有InstDisc（instance discrimination，）、CPC、CMC等。在这个阶段中，方法、模型、目标函数、代理任务都还没有统一，所以说是一个百花齐放的时代 CV双雄 代表作有MoCo v1、SimCLR v1、MoCo v2、SimCLR v2；CPC、CMC的延伸工作、SwAV等。这个阶段发展非常迅速，有的工作间隔甚至不到一个月，ImageNet上的成绩基本上每个月都在被刷新。 不用负样本 BYOL及其改进工作、SimSiam（CNN在对比学习中的总结性工作） transformer MoCo v3、DINO。这个阶段，无论是对比学习还是最新的掩码学习，都是用Vision Transformer做的。 第一阶段：百花齐放（2018-2019Mid） InstDisc（instance discrimination） 这篇文章提出了个体判别任务（代理任务）以及 memory bank ，非常经典，后人给它的方法起名为InstDisc。...

DINO Emerging Properties in Self-Supervised Vision Transformers 论文地址： arxiv.org/pdf/2104.14294 DINO摇摆到了动量式更新，果然【加动量】还是比【只用梯度停止】香。DINO的名字来自于Self- di stillation with no labels中的蒸馏和No标签。 DINO的训练步骤 其实以前的对比学习方案也可以理解为知识蒸馏，DINO里更具体得描述了知识蒸馏的含义。 下图展示了一个样本通过数据增强得到一对views \((x_1,x_2)\) 。注意DINO后面还会使用更复杂的裁剪和对比方案，但这里简单起见先不考虑那些。模型将输入图像的两种不同的随机变换 \(x_1\) 和 \(x_2\) 分别传递给学生和教师网络。 这两个网络具有相同的架构，但参数不同 。教师网络的输出以batch内计算的平均值，进行中心化（减去均值）。每个网络输出一个 \(K\)...

Self-Supervised Learning ，又称为自监督学习，我们知道一般机器学习分为有监督学习，无监督学习和强化学习。 而 Self-Supervised Learning 是无监督学习里面的一种，主要是希望能够学习到一种 通用的特征表达 用于 下游任务 (Downstream Tasks) 。 其主要的方式就是通过自己监督自己。作为代表作的 kaiming 的 MoCo 引发一波热议， Yann Lecun也在 AAAI 上讲 Self-Supervised Learning 是未来的大势所趋。所以在这个系列中，我会系统地解读 Self-Supervised Learning 的经典工作。 总结下 Self-Supervised Learning 的方法，用 4 个英文单词概括一下就是： Unsupervised Pre-train, Supervised Fine-tune. 这段话先放在这里，可能你现在还不一定完全理解，后面还会再次提到它。 在预训练阶段我们使用 无标签的数据集 (unlabeled data) ，因为有标签的数据集 很贵...

总结下 Self-Supervised Learning 的方法，用 4 个英文单词概括一下就是： Unsupervised Pre-train, Supervised Fine-tune. 在预训练阶段我们使用 无标签的数据集 (unlabeled data) ，因为有标签的数据集 很贵 ，打标签得要多少人工劳力去标注，那成本是相当高的，所以这玩意太贵。相反，无标签的数据集网上随便到处爬，它 便宜 。在训练模型参数的时候，我们不追求把这个参数用带标签数据从 初始化的一张白纸 给一步训练到位，原因就是数据集太贵。于是 Self-Supervised Learning 就想先把参数从 一张白纸 训练到 初步成型 ，再从 初步成型 训练到 完全成型 。注意这是2个阶段。这个 训练到初步成型的东西 ，我们把它叫做 Visual Representation 。预训练模型的时候，就是模型参数从 一张白纸 到 初步成型 的这个过程，还是用无标签数据集。等我把模型参数训练个八九不离十，这时候再根据你 下游任务 (Downstream Tasks) 的不同去用带标签的数据集把参数训练到 完全成型...

补充知识 表示学习 （Representation Learning）： 学习数据的表征，以便在构建分类器或其他预测器时更容易提取有用的信息 ，无监督学习也属于表示学习。 互信息 （Mutual Information）：表示两个变量 \(X\) 和 \(Y\) 之间的关系，定义为： \[I(X;Y)=\sum_{x\in X}\sum_{y\in Y}p(x,y)log\frac{p(x|y)}{p(x)}\] 对比损失(contrastive loss) ：计算成对样本的匹配程度，主要用于降维中。计算公式为： \[L=\frac{1}{2N}\sum_{n-1}^N[yd^2+(1-y)max(margin-d, 0)^2]\] 其中, \(d=\sqrt{(a_n-b_n)^2}\) 为两个样本的欧式距离， \(y=\{0,1\}\) 代表两个样本的匹配程度， \(margin\) 代表设定的阈值。这种损失函数可以很好的表达成对样本的匹配程度，也能够很好用于训练提取特征的模型。当 \( y=1\) （即样本相似）时，损失函数只剩下 \(∑d^2\)...