火爆全网，却只有4页！ICLR爆款论文

Posted 2022-04-17 人工智能博士

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转载于：新智元

顶会投稿竟只写4页？拳打ViT，脚踢MLP，Patch到底能不能成为ALL YOU NEED？

金秋十月，又到了ICLR截稿的季节！

一篇「Patches are all you need」横空出世。

堪称ICLR 2022的爆款论文，从国外一路火到国内。

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知乎热搜

这篇标题里不仅有「划掉」还有「表情」的论文，正文只有4页！

https://openreview.net/pdf?id=TVHS5Y4dNvM

此外，作者还特地在文末写了个100多字的小论文表示：「期待更多内容？并没有。我们提出了一个非常简单的架构和观点：patches在卷积架构中很好用。四页的篇幅已经足够了。」

这……莫非又是「xx is all you need」的噱头论文？

你只需要PATCHES

这个特立独行的论文在一开篇的时候，作者就发出了灵魂拷问：「ViT的性能是由于更强大的Transformer架构，还是因为使用了patch作为输入表征？」

众所周知，卷积网络架构常年来占据着CV的主流，不过最近ViT（Vision Transformer）架构则在许多任务中的表现出优于经典卷积网络的性能，尤其是在大型数据集上。

然而，Transformer中自注意力层的应用，将导致计算成本将与每张图像的像素数成二次方扩展。因此想要在CV任务中使用Transformer架构，则需要把图像分成多个patch，再将它们线性嵌入，最后把Transformer直接应用于patch集合。

在本文中作者提出了一个极其简单的模型：ConvMixer，其结构与ViT和更基本的MLP-Mixer相似，直接以patch作为输入，分离了空间和通道维度的混合，并在整个网络中保持同等大小和分辨率。不同的是，ConvMixer只使用标准的卷积来实现混合步骤。

作者表示，通过结果可以证明ConvMixer在类似的参数量和数据集大小方面优于ViT、MLP-Mixer和部分变种，此外还优于经典的视觉模型，如ResNet。

ConvMixer模型

ConvMixer由一个patch嵌入层和一个简单的完全卷积块的重复应用组成。

大小为p和维度为h的patch嵌入可以实现输入通道为c、输出通道为h、核大小为p和跨度为p的卷积。

ConvMixer模块包括depthwise卷积（组数等于通道数h的分组卷积）以及pointwise卷积（核大小为1×1）。每个卷积之后都有一个激活函数和激活后的BatchNorm：

在多次应用ConvMixer模块后，执行全局池化可以得到一个大小为h的特征向量，并在之后将其传递给softmax分类器。

ConvMixer的实例化取决于四个参数：

「宽度」或隐藏维度h（即patch嵌入的维度）
「深度」或ConvMixer层的重复次数d
控制模型内部分辨率的patch大小p
深度卷积层的核大小k

作者将原始输入大小n除以patch大小p作为内部分辨率。此外，ConvMixers支持可变大小的输入。

实验结果

在CIFAR-10上较小规模的实验表明，ConvMixers在只有0.7M参数的情况下达到了96%以上的准确率，证明了卷积归纳偏差的数据有效性。

不使用任何预训练或额外数据的情况下，在ImageNet-1k中评估对ConvMixers。将ConvMixer添加到timm框架中，并使用几乎标准的设置进行训练：默认的timm增强、RandAugment、mixup、CutMix、随机删除和梯度标准裁剪。此外，还使用了AdamW优化器和一个简单的triangular学习率时间表。

由于算力有限，模型没有在ImageNet上进行超参数调整，而且训练的epochs比竞争对手少。因此，作者表示，论文中提出的准确率可能低估了模型的能力。（是的没看错，原文就是underestimate）

结果表明，具有52M参数的ConvMixer-1536/20可以在ImageNet上达到81.4%的最高精确度，具有21M参数的ConvMixer-768/32可以达到80.2%。

此外，ConvMixer-768/32使用的参数仅为ResNet-152的三分之一，但其准确度与之类似。