提交 8eaef77a 编写于 作者: S sibo2rr 提交者: gaotingquan

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### Q1.3 在 docker 中训练的时候,数据路径和配置均没问题,但是一直报错 `SystemError: (Fatal) Blocking queue is killed because the data reader raises an exception`,这是为什么呢?
**A**:这可能是因为 docker 中共享内存太小导致的。创建 docker 的时候,`/dev/shm` 的默认大小为 64M,如果使用多进程读取数据,共享内存可能不够,因此需要给`/dev/shm` 分配更大的空间,在创建 docker 的时候,传入`--shm-size=8g` 表示给`/dev/shm` 分配 8g 的空间,一般是够用的。
**A**:这可能是因为 docker 中共享内存太小导致的。创建 docker 的时候,`/dev/shm` 的默认大小为 64M,如果使用多进程读取数据,共享内存可能不够,因此需要给 `/dev/shm` 分配更大的空间,在创建 docker 的时候,传入 `--shm-size=8g` 表示给 `/dev/shm` 分配 8G 的空间,一般是够用的。
### Q1.4 PaddleClas 提供的 10W 类图像分类预训练模型在哪里下载,应该怎么使用呢?
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另外,Plain 结构对于剪枝操作也更为友好。
注:“Plain 结构”与“结构重参数化(structural re-parameterization)技术”出自论文“RepVGG: Making VGG-style ConvNets Great Again”。Plain 结构网络模型指整个网络不存在分支结构,也即网络中第 `i` 层 layer 的输入为第 `i-1` 层 layer 的输出,第 `i` 层 layer 的输出为第 `i+1 `层 layer 的输入。
注:“Plain 结构”与“结构重参数化(structural re-parameterization)技术”出自论文“RepVGG: Making VGG-style ConvNets Great Again”。Plain 结构网络模型指整个网络不存在分支结构,也即网络中第 `i` 层 layer 的输入为第 `i-1` 层 layer 的输出,第 `i` 层 layer 的输出为第 `i+1` 层 layer 的输入。
### Q3.2: ACNet 的创新点主要在哪里?
**A**
......@@ -126,7 +126,7 @@ ACNet 意为“Asymmetric Convolution Block”,即为非对称卷积模块,
首先训练阶段的 RepVGG 采用多分支结构,可以看作是在传统 VGG 网络的基础上,增加了 `1*1` 卷积和恒等映射的残差结构,而推理阶段的 RepVGG 则退化为 VGG 结构。训练阶段 RepVGG 到推理阶段 RepVGG 的网络结构转换使用“结构重参数化”技术实现。
对于恒等映射,可将其视为参数均为 `1``1*1` 卷积核作用在输入特征图的输出结果,因此训练阶段的 RepVGG 的卷积模块可以视为两个` 1*1` 卷积和一个 `3*3` 卷积,而 `1*1` 卷积的参数又可以直接相加到 `3*3` 卷积核中心位置的参数上(该操作类似于 ACNet 中,非对称卷积核参数相加到方形卷积核骨架位置参数的操作),通过上述操作,即可在推理阶段,将网络结构中的恒等映射、`1*1 `卷积、`3*3` 卷积三个分支合并为一个 `3*3` 卷积,详见 `Q3.4`
对于恒等映射,可将其视为参数均为 `1``1*1` 卷积核作用在输入特征图的输出结果,因此训练阶段的 RepVGG 的卷积模块可以视为两个 `1*1` 卷积和一个 `3*3` 卷积,而 `1*1` 卷积的参数又可以直接相加到 `3*3` 卷积核中心位置的参数上(该操作类似于 ACNet 中,非对称卷积核参数相加到方形卷积核骨架位置参数的操作),通过上述操作,即可在推理阶段,将网络结构中的恒等映射、`1*1 `卷积、`3*3` 卷积三个分支合并为一个 `3*3` 卷积,详见 `Q3.4`
### Q3.4: ACNet 与 RepVGG 中的 struct re-parameters 有何异同?
......@@ -180,7 +180,7 @@ RepVGG 网络与 ACNet 同理,只不过 ACNet 的 `1*d` 非对称卷积变成
**A**:
1. 图像对 CNN 的依赖是不必要的,利用 Transformer 的计算效率和可伸缩性,可以训练很大模型,当模型和数据集增大的情形下,仍然不会存在饱和的情况。受到 Transformer 在 NLP 上的启发,在图像分类任务中使用时,将图片分成顺序排列的 patches,并将这些 patches 输入一个线性单元嵌入到 embedding 作为 transformer 的输入。
2. 在中等规模数据集中如 ImageNet1k,ImageNet21k,视觉 Transformer 模型低于相同规模尺寸的 ResNet 几个百分点。猜测这是因为 transformer 缺少 CNN 所具有的局部性(Locality)和空间不变性(Spatial Invariance)的特点,而在数据量不够大的时候,难以超越卷积网络,不过对于这一问题,[DeiT](https://arxiv.org/abs/2012.12877)使用数据增强的方式在一定程度上解决了 Vision Transformer 依赖超大规模数据集训练的问题。
2. 在中等规模数据集中如 ImageNet1k,ImageNet21k,视觉 Transformer 模型低于相同规模尺寸的 ResNet 几个百分点。猜测这是因为 transformer 缺少 CNN 所具有的局部性(Locality)和空间不变性(Spatial Invariance)的特点,而在数据量不够大的时候,难以超越卷积网络,不过对于这一问题,[DeiT](https://arxiv.org/abs/2012.12877) 使用数据增强的方式在一定程度上解决了 Vision Transformer 依赖超大规模数据集训练的问题。
3. 在超大规模数据集 14M-300M 训练时,这种方式可以越过局部信息,建模更加长距离的依赖关系,而 CNN 能较好关注局部信息全局信息捕获能力较弱。
......@@ -209,13 +209,13 @@ RepVGG 网络与 ACNet 同理,只不过 ACNet 的 `1*d` 非对称卷积变成
<img src="../../images/faq/ViT_structure.png" width="400">
</div>
4. 如上图,给定一个 `H×W×C` 的图像以及区块大小 P,可以把图像划分为 `N``P×P×C` 的区块,`N=H×W/(P×P)`。得到区块后要使用线性变换转为 D 维特征向量,再加上位置编码向量即可。和 BERT 类似,ViT 在序列之前也加入了一个分类标志位,记为`[CLS]`。ViT 输入序列 `z` 如下面的公式所示,其中 `x` 表示一个图像区块。
4. 如上图,给定一个 `H×W×C` 的图像以及区块大小 P,可以把图像划分为 `N``P×P×C` 的区块,`N=H×W/(P×P)`。得到区块后要使用线性变换转为 D 维特征向量,再加上位置编码向量即可。和 BERT 类似,ViT 在序列之前也加入了一个分类标志位,记为 `[CLS]`。ViT 输入序列 `z` 如下面的公式所示,其中 `x` 表示一个图像区块。
<div align="center">
<img src="../../images/faq/ViT.png" width="400">
</div>
5. ViT 模型和 Transformer 基本一样,输入序列传入 ViT,然后利用`[CLS]`标志位的最终输出特征进行分类。ViT 主要由 MSA(多头自注意力)和 MLP(两层使用 GELU 激活函数的全连接网络)组成,在 MSA 和 MLP 之前加上 LayerNorm 和残差连接。
5. ViT 模型和 Transformer 基本一样,输入序列传入 ViT,然后利用 `[CLS]` 标志位的最终输出特征进行分类。ViT 主要由 MSA(多头自注意力)和 MLP(两层使用 GELU 激活函数的全连接网络)组成,在 MSA 和 MLP 之前加上 LayerNorm 和残差连接。
### Q4.4: 如何理解归纳偏置 Inductive Bias?
......@@ -229,7 +229,7 @@ RepVGG 网络与 ACNet 同理,只不过 ACNet 的 `1*d` 非对称卷积变成
**A**:
1. 和 BERT 相类似,ViT 在第一个 patch 前添加一个`[CLS]`标志位,最后一个结束标志位对应的向量可以作为整个图像的语义表示,从而用于下游的分类任务等。从而使得整个 embedding 组可以表征该图像不同位置的特征。
2.`[CLS]`标志位对应的向量作为整个图像的语义表示,是因为与图像中已有的其它 patch 块图像相比,这个无明显语义信息的符号会更“公平”地融合图像中各个 patch 的语义信息,从而更好的表示整个图像的语义。
2. `[CLS]` 标志位对应的向量作为整个图像的语义表示,是因为与图像中已有的其它 patch 块图像相比,这个无明显语义信息的符号会更“公平”地融合图像中各个 patch 的语义信息,从而更好的表示整个图像的语义。
<a name="5"></a>
## 第 5 期
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**A**
* `Mixup` 的使用方法请参考 [Mixup](../../../ppcls/configs/ImageNet/DataAugment/ResNet50_Mixup.yaml#L63-L65)`Cuxmix` 请参考 [Cuxmix](../../../ppcls/configs/ImageNet/DataAugment/ResNet50_Cutmix.yaml#L63-L65)
* 使用 `Mixup``Cutmix` 做训练时无法计算训练的精度(Acc)指标,因此需要在配置文件中取消 `Metric.Train.TopkAcc` 字段,可参考 [Metric.Train.TopkAcc](../../../ppcls/configs/ImageNet/DataAugment/ResNet50_Cutmix.yaml#L125-L128)
* 使用 `Mixup``Cutmix` 做训练时无法计算训练的精度(Acc)指标,因此需要在配置文件中取消 `Metric.Train.TopkAcc` 字段,可参考 [Metric.Train.TopkAcc](../../../ppcls/configs/ImageNet/DataAugment/ResNet50_Cutmix.yaml#L125-L128)
#### Q2.1.9: 训练配置 yaml 文件中,字段 `Global.pretrain_model` 和 `Global.checkpoints` 分别用于配置什么呢?
**A**
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* Q: 注意力机制是什么?目前有哪些比较常用的注意力机制方法?
* A: 注意力机制(Attention Mechanism)源于对人类视觉的研究。将注意力机制用在计算机视觉任务上,可以有效捕捉图片中有用的区域,从而提升整体网络性能。目前比较常用的有 [SE block](https://arxiv.org/abs/1709.01507)[SK-block](https://arxiv.org/abs/1903.06586)[Non-local block](https://arxiv.org/abs/1711.07971)[GC block](https://arxiv.org/abs/1904.11492)[CBAM](https://arxiv.org/abs/1807.06521) 等,核心思想就是去学习特征图在不同区域或者不同通道中的重要性,从而让网络更加注意显著性的区域。
* A: 注意力机制(Attention Mechanism)源于对人类视觉的研究。将注意力机制用在计算机视觉任务上,可以有效捕捉图片中有用的区域,从而提升整体网络性能。目前比较常用的有 [SE block](https://arxiv.org/abs/1709.01507)[SK-block](https://arxiv.org/abs/1903.06586)[Non-local block](https://arxiv.org/abs/1711.07971)[GC block](https://arxiv.org/abs/1904.11492)[CBAM](https://arxiv.org/abs/1807.06521) 等,核心思想就是去学习特征图在不同区域或者不同通道中的重要性,从而让网络更加注意显著性的区域。
<a name="1.2"></a>
### 1.2 模型训练相关
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* Q: 当前主流的学习率下降策略有哪些?一般需要怎么选择呢?
* A: 学习率是通过损失函数的梯度调整网络权重的超参数的速度。学习率越低,损失函数的变化速度就越慢。虽然使用低学习率可以确保不会错过任何局部极小值,但也意味着将花费更长的时间来进行收敛,特别是在被困在高原区域的情况下。在整个训练过程中,我们不能使用同样的学习率来更新权重,否则无法到达最优点,所以需要在训练过程中调整学习率的大小。在训练初始阶段,由于权重处于随机初始化的状态,损失函数相对容易进行梯度下降,所以可以设置一个较大的学习率。在训练后期,由于权重参数已经接近最优值,较大的学习率无法进一步寻找最优值,所以需要设置一个较小的学习率。在训练整个过程中,很多研究者使用的学习率下降方式是 piecewise_decay,即阶梯式下降学习率,如在 ResNet50 标准的训练中,我们设置的初始学习率是 0.1,每 30 epoch 学习率下降到原来的 1/10,一共迭代 120 epoch。除了 piecewise_decay,很多研究者也提出了学习率的其他下降方式,如 polynomial_decay(多项式下降)、exponential_decay(指数下降),cosine_decay(余弦下降)等,其中 cosine_decay 无需调整超参数,鲁棒性也比较高,所以成为现在提高模型精度首选的学习率下降方式。Cosine_decay 和 piecewise_decay 的学习率变化曲线如下图所示,容易观察到,在整个训练过程中,cosine_decay 都保持着较大的学习率,所以其收敛较为缓慢,但是最终的收敛效果较 peicewise_decay 更好一些。
* A: 学习率是通过损失函数的梯度调整网络权重的超参数的速度。学习率越低,损失函数的变化速度就越慢。虽然使用低学习率可以确保不会错过任何局部极小值,但也意味着将花费更长的时间来进行收敛,特别是在被困在高原区域的情况下。在整个训练过程中,我们不能使用同样的学习率来更新权重,否则无法到达最优点,所以需要在训练过程中调整学习率的大小。在训练初始阶段,由于权重处于随机初始化的状态,损失函数相对容易进行梯度下降,所以可以设置一个较大的学习率。在训练后期,由于权重参数已经接近最优值,较大的学习率无法进一步寻找最优值,所以需要设置一个较小的学习率。在训练整个过程中,很多研究者使用的学习率下降方式是 piecewise_decay,即阶梯式下降学习率,如在 ResNet50 标准的训练中,我们设置的初始学习率是 0.1,每 30 epoch 学习率下降到原来的 1/10,一共迭代 120 epoch。除了 piecewise_decay,很多研究者也提出了学习率的其他下降方式,如 polynomial_decay(多项式下降)、exponential_decay(指数下降), cosine_decay(余弦下降)等,其中 cosine_decay 无需调整超参数,鲁棒性也比较高,所以成为现在提高模型精度首选的学习率下降方式。Cosine_decay 和 piecewise_decay 的学习率变化曲线如下图所示,容易观察到,在整个训练过程中,cosine_decay 都保持着较大的学习率,所以其收敛较为缓慢,但是最终的收敛效果较 peicewise_decay 更好一些。
![](../../images/models/lr_decay.jpeg)
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* Q: Warmup 学习率策略是什么?一般用在什么样的场景中?
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* Q: 什么是 `batch size`?在模型训练中,怎么选择合适的 `batch size`
* A: `batch size` 是训练神经网络中的一个重要的超参数,该值决定了一次将多少数据送入神经网络参与训练。论文 [Accurate, Large Minibatch SGD: Training ImageNet in 1 Hour](https://arxiv.org/abs/1706.02677),当 `batch size` 的值与学习率的值呈线性关系时,收敛精度几乎不受影响。在训练 ImageNet 数据时,大部分的神经网络选择的初始学习率为 0.1,`batch size` 是 256,所以根据实际的模型大小和显存情况,可以将学习率设置为 0.1*k,batch_size 设置为 256*k。在实际任务中,也可以将该设置作为初始参数,进一步调节学习率参数并获得更优的性能。
* A: `batch size` 是训练神经网络中的一个重要的超参数,该值决定了一次将多少数据送入神经网络参与训练。论文 [Accurate, Large Minibatch SGD: Training ImageNet in 1 Hour](https://arxiv.org/abs/1706.02677),当 `batch size` 的值与学习率的值呈线性关系时,收敛精度几乎不受影响。在训练 ImageNet 数据时,大部分的神经网络选择的初始学习率为 0.1,`batch size` 是 256,所以根据实际的模型大小和显存情况,可以将学习率设置为 0.1*k, batch_size 设置为 256*k。在实际任务中,也可以将该设置作为初始参数,进一步调节学习率参数并获得更优的性能。
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* Q: weight_decay 是什么?怎么选择合适的 weight_decay 呢?
* A: 过拟合是机器学习中常见的一个名词,简单理解即为模型在训练数据上表现很好,但在测试数据上表现较差,在卷积神经网络中,同样存在过拟合的问题,为了避免过拟合,很多正则方式被提出,其中,weight_decay 是其中一个广泛使用的避免过拟合的方式。在使用 SGD 优化器时,weight_decay 等价于在最终的损失函数后添加 L2 正则化,L2 正则化使得网络的权重倾向于选择更小的值,最终整个网络中的参数值更趋向于 0,模型的泛化性能相应提高。在各大深度学习框架的实现中,该值表达的含义是 L2 正则前的系数,在 paddle 框架中,该值的名称是 l2_decay,所以以下都称其为 l2_decay。该系数越大,表示加入的正则越强,模型越趋于欠拟合状态。在训练 ImageNet 的任务中,大多数的网络将该参数值设置为 1e-4,在一些小的网络如 MobileNet 系列网络中,为了避免网络欠拟合,该值设置为 1e-5~4e-5 之间。当然,该值的设置也和具体的数据集有关系,当任务的数据集较大时,网络本身趋向于欠拟合状态,可以将该值适当减小,当任务的数据集较小时,网络本身趋向于过拟合状态,可以将该值适当增大。下表展示了 MobileNetV1_x0_25 在 ImageNet-1k 上使用不同 l2_decay 的精度情况。由于 MobileNetV1_x0_25 是一个比较小的网络,所以 l2_decay 过大会使网络趋向于欠拟合状态,所以在该网络中,相对 1e-4,3e-5 是更好的选择。
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* A: 在模型训练完成之后,推荐使用导出的固化模型(inference model),基于 Paddle 预测引擎进行预测,目前支持 python inference 与 cpp inference。如果希望基于服务化部署预测模型,那么推荐使用 PaddleServing 的部署方式。
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* Q: 模型训练完成之后,有哪些比较合适的预测方法进一步提升模型精度呢?
* A:(1)可以使用更大的预测尺度,比如说训练的时候使用的是 224,那么预测的时候可以考虑使用 288 或者 320,这会直接带来 0.5%左右的精度提升。(2)可以使用测试时增广的策略(Test Time Augmentation, TTA),将测试集通过旋转、翻转、颜色变换等策略,创建多个副本,并分别预测,最后将所有的预测结果进行融合,这可以大大提升预测结果的精度和鲁棒性。(3)当然,也可以使用多模型融合的策略,将多个模型针对相同图片的预测结果进行融合。
* A:(1)可以使用更大的预测尺度,比如说训练的时候使用的是 224,那么预测的时候可以考虑使用 288 或者 320,这会直接带来 0.5% 左右的精度提升。(2)可以使用测试时增广的策略(Test Time Augmentation, TTA),将测试集通过旋转、翻转、颜色变换等策略,创建多个副本,并分别预测,最后将所有的预测结果进行融合,这可以大大提升预测结果的精度和鲁棒性。(3)当然,也可以使用多模型融合的策略,将多个模型针对相同图片的预测结果进行融合。
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* Q: 多模型融合的时候,该怎么选择合适的模型进行融合呢?
* A: 在不考虑预测速度的情况下,建议选择精度尽量高的模型;同时建议选择不同结构或者系列的模型进行融合,比如在精度相似的情况下,ResNet50_vd 与 Xception65 的模型融合结果往往比 ResNet50_vd 与 ResNet101_vd 的模型融合结果要好一些。
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* Q: PaddleClas 提供的 10W 类图像分类预训练模型能否用于模型推断呢?
* A: 该 10W 类图像分类预训练模型没有提供 fc 全连接层的参数,无法用于模型推断,目前可以用于模型微调。
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* Q: 在使用 `deploy/python/predict_cls.py` 进行模型预测的时候,报了这个问题:`Error: Pass tensorrt_subgraph_pass has not been registered`,这是为什么呢?
* Q: 在使用 `deploy/python/predict_cls.py` 进行模型预测的时候,报了这个问题: `Error: Pass tensorrt_subgraph_pass has not been registered`,这是为什么呢?
* A: 如果希望使用 TensorRT 进行模型预测推理的话,需要安装或是自己编译带 TensorRT 的 PaddlePaddle,Linux、Windows、macOS 系统的用户下载安装可以参考参考[下载预测库](https://paddleinference.paddlepaddle.org.cn/user_guides/download_lib.html),如果没有符合您所需要的版本,则需要本地编译安装,编译方法可以参考[源码编译](https://paddleinference.paddlepaddle.org.cn/user_guides/source_compile.html)
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* Q: 怎样在训练的时候使用自动混合精度(Automatic Mixed Precision, AMP)训练呢?
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