Convolutional neural networks have demonstrated impressive results in many computer vision tasks. However, the increasing size of these networks raises concerns about the information overload resulting from the large number of network parameters. In this paper, we propose Frequency Regularization to restrict the non-zero elements of the network parameters in frequency domain. The proposed approach operates at the tensor level, and can be applied to almost all network architectures. Specifically, the tensors of parameters are maintained in the frequency domain, where high frequency components can be eliminated by zigzag setting tensor elements to zero. Then, the inverse discrete cosine transform (IDCT) is used to reconstruct the spatial tensors for matrix operations during network training. Since high frequency components of images are known to be less critical, a large proportion of these parameters can be set to zero when networks are trained with the proposed frequency regularization. Comprehensive evaluations on various state-of-the-art network architectures, including LeNet, Alexnet, VGG, Resnet, ViT, UNet, GAN, and VAE, demonstrate the effectiveness of the proposed frequency regularization. Under the condition of a very small accuracy decrease (less than 2\%), a LeNet5 with 0.4M parameters can be represented by only 776 float16 numbers(over 1100$\times$), and a UNet with 34M parameters can be represented by only 759 float16 numbers (over 80000$\times$).


翻译:卷积神经网络在许多计算机视觉任务中展现了令人瞩目的成果。然而,这些网络规模的日益增大引发了对大量网络参数导致信息过载的担忧。本文提出频率正则化方法,用于限制网络参数在频域中的非零元素。该方法在张量级别运作,可适用于几乎所有网络架构。具体而言,参数张量被保持在频域中,通过锯齿形设置张量元素为零来消除高频分量。随后,利用离散余弦逆变换重建空域张量,用于网络训练过程中的矩阵运算。由于已知图像的高频分量重要性较低,当网络采用所提出的频率正则化训练时,这些参数中的大部分可被设为零。针对多种最先进网络架构(包括LeNet、AlexNet、VGG、ResNet、ViT、UNet、GAN和VAE)的综合评估表明,所提出的频率正则化方法具有有效性。在精度下降极小(低于2%)的条件下,一个含0.4M参数的LeNet5可仅用776个float16数字表示(压缩超过1100倍),而一个含34M参数的UNet可仅用759个float16数字表示(压缩超过80000倍)。

0
下载
关闭预览

相关内容

在数学,统计学和计算机科学中,尤其是在机器学习和逆问题中,正则化是添加信息以解决不适定问题或防止过度拟合的过程。 正则化适用于不适定的优化问题中的目标函数。
【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
128+阅读 · 2022年4月21日
【KDD2020】自适应多通道图卷积神经网络
专知会员服务
121+阅读 · 2020年7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
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
【CNN】一文读懂卷积神经网络CNN
产业智能官
18+阅读 · 2018年1月2日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8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 · 2015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 · 2013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
1+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Learning in the Frequency Domain
Arxiv
11+阅读 · 2020年3月12日
Position-aware Graph Neural Networks
Arxiv
15+阅读 · 2019年6月11日
Arxiv
18+阅读 · 2019年3月28日
VIP会员
最新内容
《同步多无人机系统中的故障与通信》
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:23
面向国防作战的最佳自主与蜂群无人机技术
专知会员服务
7+阅读 · 7月28日
《异构人类团队的协作决策过程混合建模研究》
博士论文 | 面向大模型推理的内存高效算法
专知会员服务
5+阅读 · 7月27日
美空军新型反无人机部队初探
专知会员服务
9+阅读 · 7月27日
相关VIP内容
【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
128+阅读 · 2022年4月21日
【KDD2020】自适应多通道图卷积神经网络
专知会员服务
121+阅读 · 2020年7月9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
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
【CNN】一文读懂卷积神经网络CNN
产业智能官
18+阅读 · 2018年1月2日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8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 · 2015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 · 2013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
1+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员