采取这些措施的原因
深度学习计算复杂度高,参数冗余。

解决方式
(1)线性或非线性量化。
(2)结构或非结构剪枝。
(3)网络结构搜索。
(4)权重矩阵的低秩分解。(蒸馏)

目的
优化精度、性能、存储……使得可以在一些场景和设备上进行相应模型的部署。

  1. 剪枝
    (1)剪枝位置的判定一般根据权重。权重越小,证明该神经元的作用越小。

(2)剪枝的方式:删去网络层上的权重的向量/整个神经元/单个像素(数据)。由于矩阵操作的并行化,减去单个像素或者向量并不能减少计算量。即有的硬件并不支持稀疏矩阵的运输,所以一般剪枝操作是直接减去整个神经元。

(3)判别剪神经元的位置,神经元激活后的数值,越接近0越没用。

(4)剪枝流程: 训练、剪枝、得到权重、再训练。

(5)训练技巧: 由于要进行剪枝,训练过程的优化器不能太剧烈,也不能太温柔。否则会破坏已有学到的东西。常用SGD(随机梯度下降)优化器(较温和)。Adam为比较距离的优化器。

(6)剪枝方式:

① 根据某种规则,按像素位置随机剪枝。

② 根据某种规则,按向量随机剪枝。

③ 再卷积核上做剪枝。(根据卷积核模的大小,判定剪枝位置)

④ 直接随机减去通道。

⑥ 剪枝分为:结构式剪枝和非结构式剪枝。
  
参考这里https://www.zhihu.com/question/391195715/answer/2534732387

(7)实现原理: 压低权重,根据权重大的数据进行保留,没用的数值权重越来越小,逐渐消失。L1正则化,对数据的净输出做正则化。(净输出做归一化(norm):使得一部分权重压低后,另一部分的权重会升高。)

  1. 量化
    (1)基础理论:
    精度:常规精度一般为FP32,存储模型权重;低精度一般为FP16,INT8……计算速度快。
    混合精度:在模型中使用FP32和FP16。FP16减小了一半内存,但是有些参数和操作符必须用INT8。
    量化的原理:量化一般值INT8,即把权重映射到INT8的范围之间,计算速度快。(量化的映射范围一般是不等分的,由于权重一般较小,在原点处可以近似看成等分。)

(2)根据权重存储分为: 二值神经网络、三元权重网络、XNOR网络。

(3)在工业上一般用FP32对模型进行训练(追求精度) ,对推理部分用INT8(提高性能)。

(4)代码基本步骤: 详细可通过官方文档进行学习

① 网络打包分块(将一个网络子块进行打包后,一起量化。例如:conv + BN + Relu糅合成一个模块。)——这里注意要使用量化支持的板块。
  ② 准备评估工具。(例如:top1、top5精确度、耗时、存储大小……)
  ③ 对原始网络进行训练。(先训练,后量化)
  ④ 开始量化。(量化前和量化后的评估指标作对比)
  ⑤ 做QAT伪训练。(量化后可能精确度下降,根据性能要求,再做训练)

  1. 蒸馏
    (1)蒸馏, 又叫做老师学生模型,属于迁移学习。

蒸馏的原理:先预训练一个大模型,用大模型教小模型(大模型的结果在神经元的级别上作为小模型的先验),使得小模型有大模型的精度,性能又比大模型高。

(2)常用方法: 博主这篇写的很好

  1. AutoML
    (1)NAS 神经架构搜索:

① 先定义一些神经网络结构。
  ② 将数据和网络结构随机组合。(让神经网络自己选择下一个组件)
  ③ 一个结构预测下一个结构,最终组合成一个神经网络。再通过训练判定网络的好坏。

(2)模拟退火法:(Light-NAS、Paddleslim……)

(3)DARTS:基于梯度的架构搜索 详细解读见这个博主
  ① 这是基于强化学习的NAS
  ② 定义了八个组件。(33/55卷积、33/55空洞、最大池化、平均池化、无操作、断裂……)
  ③ 先初始化N个结点,两点之间的操作是给定的七个组件中随机可选操作。
  ④ 每个组件之间的可选操作定义为softmax,联合优化混合操作概率和权重。(一个操作的权重升高,其他操作的权重就会降低,知道只剩下一个可选项)
  ⑤ 从混合操作概率中得到最终的网络结构。