Deep neural networks have a good success record and are thus viewed as the best architecture choice for complex applications. Their main shortcoming has been, for a long time, the vanishing gradient which prevented the numerical optimization algorithms from acceptable convergence. A breakthrough has been achieved by the concept of residual connections -- an identity mapping parallel to a conventional layer. This concept is applicable to stacks of layers of the same dimension and substantially alleviates the vanishing gradient problem. A stack of residual connection layers can be expressed as an expansion of terms similar to the Taylor expansion. This expansion suggests the possibility of truncating the higher-order terms and receiving an architecture consisting of a single broad layer composed of all initially stacked layers in parallel. In other words, a sequential deep architecture is substituted by a parallel shallow one. Prompted by this theory, we investigated the performance capabilities of the parallel architecture in comparison to the sequential one. The computer vision datasets MNIST and CIFAR10 were used to train both architectures for a total of 6912 combinations of varying numbers of convolutional layers, numbers of filters, kernel sizes, and other meta parameters. Our findings demonstrate a surprising equivalence between the deep (sequential) and shallow (parallel) architectures. Both layouts produced similar results in terms of training and validation set loss. This discovery implies that a wide, shallow architecture can potentially replace a deep network without sacrificing performance. Such substitution has the potential to simplify network architectures, improve optimization efficiency, and accelerate the training process.


翻译:深度神经网络在复杂应用中取得了良好的成功记录,因此被视为最佳架构选择。长期以来,其主要缺陷是梯度消失问题,这阻碍了数值优化算法实现可接受的收敛。残差连接的概念——即与常规层并行的恒等映射——实现了突破性进展。该概念适用于维度相同的层叠结构,并显著缓解了梯度消失问题。由残差连接层构成的堆叠可表示为类似泰勒展开的项展开式。这一展开表明存在截断高阶项的可能性,从而得到一种由所有初始堆叠层并行组成的单一宽层架构。换言之,顺序深度架构被并行浅层架构所取代。受此理论启发,我们研究了并行架构相较于顺序架构的性能表现。采用计算机视觉数据集MNIST和CIFAR10训练两种架构,共涉及6912种不同卷积层数、滤波器数量、卷积核大小及其他元参数组合。我们的发现揭示了深度(顺序)架构与浅层(并行)架构之间存在令人惊讶的等价性。两种布局在训练集和验证集损失方面产生了相似的结果。这一发现表明,宽浅层架构在无需牺牲性能的前提下可能替代深度网络。这种替代有望简化网络架构、提高优化效率并加速训练过程。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月30日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月27日
Hierarchical Graph Capsule Network
Arxiv
20+阅读 · 2020年12月16日
Heterogeneous Graph Transformer
Arxiv
27+阅读 · 2020年3月3日
Arxiv
29+阅读 · 2018年4月6日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
5+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月30日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月27日
Hierarchical Graph Capsule Network
Arxiv
20+阅读 · 2020年12月16日
Heterogeneous Graph Transformer
Arxiv
27+阅读 · 2020年3月3日
Arxiv
29+阅读 · 2018年4月6日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员