【DL笔记】神经网络轻量化（CV方向）的一些论文记录

现在大模型爆火，但俺这种组里只有10系显卡的下水道科研老鼠也要混毕业的，于是选择做小模型（x）。本人纯科研飞舞一个，刚入学有段时间爱看论文，今天有空把那会看到论文总结下。

轻量化，相关文章的关键字可能是lightweight/compact/efficient，比较老生常谈的就是蒸馏、剪枝、量化，其实从模型本身出发也有不少方向可以看看（guan shui）。

Compact Design

做神经元轻量化基本上就是低秩分解（也就是拆算子）或特征复用.

• SqueezeNet系列：常规卷积分解得到Fire Module

  • SqueezeNet: AlexNet-level accuracy with 50x fewer parameters and <0.5MB model size (2016)
  • SqueezeNext: Hardware-Aware Neural Network Design (2018)

• MobileNet系列：经典的深度可分离卷积

  • Mobilenets: Efficient convolutional neural networks for mobile vision applications（2017）
  • MobileNetV2: Inverted Residuals and Linear Bottlenecks (2019)
  • Searching for mobilenetv3（2019）

• Shufflenets系列：通道维度的分组运算，v2提出了一系列设计原则很有参考价值

  • ShuffleNet: An Extremely Efficient Convolutional Neural Network for Mobile Devices (2017)
  • ShuffleNet V2: Practical Guidelines for Efficient CNN Architecture Design (2018)

• GhostNet系列：

  • Ghostnet: More features from cheap operations (2020) ：深度NN特征图存在很多冗余，某些feature map可以通过其他feature map线性变换得到（特征复用）。
  • GhostNetV2: Enhance Cheap Operation with Long-Range Attention (2022)：提出dubbed DFC attention捕获长距离的空间信息，对计算attention的全连接层再做低秩分解

• 残差结构加concat也算一种特征复用

• Micronet: Improving image recognition with extremely low flops (2021): 也是继续拆卷积

20年后VIT开始刷榜，也有很多Transformer和CNN的混合模型开始考虑轻量化方向：

• Mobile-former: bridging mobilenet and transformer (2022)：Dynamic ReLU的团队，提出一种Mobilenet跟Transformer并行的架构，FLOPS确实低
• Mobilevit: light-weight, general-purpose, and mobile-friendly vision transformer (2021)：Apple做的混合模型，大概就是Mobilenet某个stage插几个Transformer
• Separable self-attention for mobile vision transformers：还是Mobilevit的作者，拆了self-attention的算子，减少注意力的运算成本

Dynamic Design

除了对模型本身算子进行轻量化外，也有些神经网络会采用动态的结构，比如推理时动态选择算子，来实现更高效的运算：

• Blockdrop: Dynamic inference paths in residual networks (2018)：强化学习方法（single step），根据输入图像输出后验概率，决定ResNet等深层网络中各个Block是否drop（复杂、遮挡多的图片用的block多）

这类只是做推理时的轻量化，整体仍是训练一个较大的模型，如果只是想节省算力做这个方向建议别考虑了，类似的还有：

• Skipnet: Learning dynamic routing in convolutional networks （2018）
• Condconv: Conditionally parameterized convolutions for efficient inference (2019)
• Dynamicvit: Efficient vision transformers with dynamic token sparsification （2021）

Efficient Design

如果对于轻量化的目的时efficient，那可以考虑一些涨点plugins

• Squeeze-and-Excitation Networks (2018)：channel attention的破圈作，那几年的灌水涨点神器，哪怕近些年的很多模型也在用

• 魔改及应有也有很多，比如：

  • ECA-Net: Efficient channel attention for deep convolutional neural networks (2020)：一维卷积代替SE Module里的两个全连接，参数量大大降低
  • Dynamic convolution: Attention over convolution kernels (2020): 通道注意力得到多个并行卷积核的权重后加权得到最终的卷积核
  • Fcanet: Frequency channel attention networks (2021): 利用DCT代替Global Average Pooling

此外，也可以选择合适的激活函数，在参数量接近的情况下涨点：

• Searching for activation functions (2018)：NAS搜出来个swish，大部分视觉任务都会比ReLU好些

• Dynamic relu (2020)：可以看作SE Module的段maxout版本，确实work但对显存很不友好,train的很慢
• Funnel activation for visual recognition (2020)：Funnel ReLU，在激活函数阶段引入视觉感知，其实就是卷积完的特征做一次maxout，显存比Dynamic ReLU少占点

别的想起来再加。。。