With the widespread success of deep learning technologies, many trained deep neural network (DNN) models are now publicly available. However, directly reusing the public DNN models for new tasks often fails due to mismatching functionality or performance. Inspired by the notion of modularization and composition in software reuse, we investigate the possibility of improving the reusability of DNN models in a more fine-grained manner. Specifically, we propose two modularization approaches named CNNSplitter and GradSplitter, which can decompose a trained convolutional neural network (CNN) model for $N$-class classification into $N$ small reusable modules. Each module recognizes one of the $N$ classes and contains a part of the convolution kernels of the trained CNN model. Then, the resulting modules can be reused to patch existing CNN models or build new CNN models through composition. The main difference between CNNSplitter and GradSplitter lies in their search methods: the former relies on a genetic algorithm to explore search space, while the latter utilizes a gradient-based search method. Our experiments with three representative CNNs on three widely-used public datasets demonstrate the effectiveness of the proposed approaches. Compared with CNNSplitter, GradSplitter incurs less accuracy loss, produces much smaller modules (19.88% fewer kernels), and achieves better results on patching weak models. In particular, experiments on GradSplitter show that (1) by patching weak models, the average improvement in terms of precision, recall, and F1-score is 17.13%, 4.95%, and 11.47%, respectively, and (2) for a new task, compared with the models trained from scratch, reusing modules achieves similar accuracy (the average loss of accuracy is only 2.46%) without a costly training process. Our approaches provide a viable solution to the rapid development and improvement of CNN models.


翻译:随着深度学习技术的广泛成功,大量训练好的深度神经网络(DNN)模型现已公开可用。然而,直接将这些公开的DNN模型用于新任务时,常因功能或性能不匹配而失败。受软件重用中模块化与组合概念的启发,我们探究了以更细粒度方式提升DNN模型可重用性的可能性。具体而言,我们提出两种模块化方法——CNNSplitter和GradSplitter,它们可将已训练的用于N类分类的卷积神经网络(CNN)模型分解为N个可重用的小型模块。每个模块既能识别N个类别之一,又包含已训练CNN模型的部分卷积核。然后,这些所得模块可通过组合方式修补现有CNN模型或构建新CNN模型。CNNSplitter与GradSplitter的主要区别在于搜索方法:前者依赖遗传算法探索搜索空间,而后者采用基于梯度的搜索方法。我们在三个代表性CNN模型及三个广泛使用的公开数据集上的实验表明,所提方法具有有效性。相较于CNNSplitter,GradSplitter在精度损失更小的前提下,生成更小的模块(核数量减少19.88%),并在修补弱模型方面取得更优效果。特别地,GradSplitter实验显示:(1)通过修补弱模型,模型在精确率、召回率和F1分数上平均提升分别为17.13%、4.95%和11.47%;(2)对于新任务,相较于从零训练的模型,重用模块可达到相近精度(精度平均仅损失2.46%),且无需昂贵训练过程。我们的方法为CNN模型的快速开发与性能提升提供了可行方案。

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/
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
2+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
47+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
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
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
Arxiv
18+阅读 · 2019年3月28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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
2+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
47+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
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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员