Deep neural networks (DNNs) and, in particular, convolutional neural networks (CNNs) have brought significant advances in a wide range of modern computer application problems. However, the increasing availability of large amounts of datasets as well as the increasing available computational power of modern computers lead to a steady growth in the complexity and size of DNN and CNN models, and thus, to longer training times. Hence, various methods and attempts have been developed to accelerate and parallelize the training of complex network architectures. In this work, a novel CNN-DNN architecture is proposed that naturally supports a model parallel training strategy and that is loosely inspired by two-level domain decomposition methods (DDM). First, local CNN models, that is, subnetworks, are defined that operate on overlapping or nonoverlapping parts of the input data, for example, sub-images. The subnetworks can be trained completely in parallel. Each subnetwork outputs a local decision for the given machine learning problem which is exclusively based on the respective local input data. Subsequently, an additional DNN model is trained which evaluates the local decisions of the local subnetworks and generates a final, global decision. With respect to the analogy to DDM, the DNN can be interpreted as a coarse problem and hence, the new approach can be interpreted as a two-level domain decomposition. In this paper, solely image classification problems using CNNs are considered. Experimental results for different 2D image classification problems are provided as well as a face recognition problem, and a classification problem for 3D computer tomography (CT) scans. The results show that the proposed approach can significantly accelerate the required training time compared to the global model and, additionally, can also help to improve the accuracy of the underlying classification problem.


翻译:深度神经网络(DNN),特别是卷积神经网络(CNN),已在现代计算机应用的诸多领域取得了显著进展。然而,数据集的日益丰富以及现代计算机算力的持续提升,导致DNN与CNN模型的复杂度和规模不断增长,进而使训练时间不断延长。为此,研究人员开发了多种加速和并行化复杂网络架构训练的方法与尝试。本文提出一种新颖的CNN-DNN架构,该架构天然支持模型并行训练策略,并且其设计思想部分受两级区域分解方法(DDM)启发。首先,定义局部CNN模型(即子网络),这些子网络对输入数据的重叠或非重叠部分(例如子图像)进行运算。子网络可完全并行训练。每个子网络基于各自的局部输入数据,输出针对给定机器学习问题的局部决策。随后,训练一个额外的DNN模型,该模型评估局部子网络的局部决策,并生成最终全局决策。类比于DDM,DNN可视为粗尺度问题,因此新方法可解释为两级区域分解。本文仅考虑基于CNN的图像分类问题。实验涵盖了不同二维图像分类问题、人脸识别问题以及三维计算机断层扫描(CT)图像的分类问题。结果表明,与全局模型相比,所提方法能显著加速所需训练时间,同时有助于提升底层分类问题的准确率。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9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
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【推荐】ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年12月17日
国家自然科学基金
0+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
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Neural Architecture Search without Training
Arxiv
10+阅读 · 2021年6月11日
VIP会员
最新内容
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
专知会员服务
3+阅读 · 今天7:28
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
7+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
俄乌战场地面机器人如何改写战争规则
专知会员服务
9+阅读 · 6月14日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【推荐】ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年12月17日
相关基金
国家自然科学基金
0+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
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员