Dynamic Convolution
2020-CVPR-Dynamic Convolution Attention over Convolution Kernels
来源：ChenBong 博客园
- Institute：Microsoft
- Author：Yinpeng Chen，Xiyang Dai，Mengchen Liu
- GitHub：
- Citation： 30
Introduction
类似CondConv的条件卷积层，对每个样本单独计算不同的卷积层
方法几乎一致，出发点不同，CondConv是从分支集成的角度，本文是从权重Attention的角度
每层有K套权重，每个样本计算一组attention：(pi_1...pi_K) ，对K套权重加权求和：
attention 计算过程：
Motivation
Contribution
- 提高小计算量下模型的性能（不适用于大网络，占用K倍的显存）
- 使用多套权重，在略微增加一点计算量的条件下，增强模型的表达能力
- 不同的样本x有不同的attention
- 其他动态网络，都是固定权重+动态结构；本文的方法是动态权重，固定结构
Method
与CondConv的对比：
CondConv
出发点：分支集成
权重聚合的方式：
(alpha) 如何得到？
- routing function： (alpha) 是输入x的函数，其中R是 fc 层的参数），将 pool(x) ==> n dim
- (α=r(x)=sigmoid(fc(avg pool(x))))
Dynamic Convolution
出发点：权重attention
权重聚合的方式：
(pi) 如何得到？
- (pi=softmax(fc(relu(fc(avgpool(x))))))
2个主要区别： (Sigma~pi=1) 的约束，退火的attention
Sum the Attention to One
以K=3为例，加入 (Sigma~pi=1) 的约束后，聚合后权重的空间从2个三棱锥内部空间，缩小到三角形的面上，有利于 (pi) 的优化
Near-uniform Attention in Early Training Epochs
前期 attention 较为平均，有利于初始阶段的各套权重的学习：
与CondConv实验比较
加入了以上2个trick，使得此类方法所需的权重套数变少（8 => 4），且性能更好
Experiments
ImageNet
只能在小模型上实验，虽然MAdds增加不多，但训练阶段显存占用估计是原始网络的K倍
对MBv2/v3的改进效果
Ablation
不同的权重聚合方式
- attention：K套权重加权求和
- average：K套权重取平均（不同样本使用的weight都是一样的，weight不再有 input-dependency）
- max：取K套权重中，(pi_i) 最大的那套权重（有 input-dependency，但每个input只使用一套weight的知识，证明对于同一个input x使用多套weight聚合的有效性，最后并不是收敛到某套weight上）
- shuffle per image：同一个 (x) ，shuffle K套权重的 (pi) （证明网络确实学到了该如何分配K套 weight 的权值）
- shuffle across images：对图片 (x) 使用图片 (x') 计算得到的 attention（证明确实存在 input-dependency ）
实验中观察到 attentions are flat at low levels and sparse at high levels. 的现象（在CondConv中同样观察到该现象），这也可以帮助解释表3中，max操作（sparse）对low layer有损害，而 avg 操作（flat）对high layer有损害，因此这2个操作会导致网络性能下降
不同层是否启用attention
较深的层启用 attention 的效果较好
The number of convolution kernels (K)
K越大性能提升越好，K>=4以后提升不大
Softmax Temperature (( au))
对 中的 ( au) 做消融实验
Conclusion
Summary
- 对CondConv的2个小的改进，提高了一点性能，补充了一些实验，一些现象在之前的CondConv中也有观察到，不够 novel
Reference
https://blog.csdn.net/weixin_42096202/article/details/103494599
https://blog.csdn.net/weipf8/article/details/105756526/
https://www.yuque.com/z_zhang/is/edrrwq
https://zhuanlan.zhihu.com/p/149805261