压缩已成为必不可少的深度学习研究主题之一，特别是对于具有有限的计算能力和存储容量的边缘设备。在主要压缩技术中，已知通过矩阵分解的低秩压缩具有两个问题。首先，需要广泛的调整。其次，由此产生的压缩性能通常不令人印象深刻。在这项工作中，我们提出了一种低秩压缩方法，该方法利用修改的光束搜索自动等级选择和压缩型培训的修改稳定等级。得到的BSR（波束搜索和稳定等级）算法仅需要调谐所需压缩比的单个封路数据计。 BSR在精度和压缩比权衡曲线方面的性能转出优于先前已知的低秩压缩方法。此外，BSR可以与最先进的结构修剪方法进行或更好地执行。与修剪一样，BSR可以容易地与量化进行额外压缩。

Low-rankness plays an important role in traditional machine learning, but is not so popular in deep learning. Most previous low-rank network compression methods compress the networks by approximating pre-trained models and re-training. However, the optimal solution in the Euclidean space may be quite different from the one in the low-rank manifold. A well-pre-trained model is not a good initialization for the model with low-rank constraints. Thus, the performance of a low-rank compressed network degrades significantly. Compared to other network compression methods such as pruning, low-rank methods attracts less attention in recent years. In this paper, we devise a new training method, low-rank projection with energy transfer (LRPET), that trains low-rank compressed networks from scratch and achieves competitive performance. First, we propose to alternately perform stochastic gradient descent training and projection onto the low-rank manifold. Compared to re-training on the compact model, this enables full utilization of model capacity since solution space is relaxed back to Euclidean space after projection. Second, the matrix energy (the sum of squares of singular values) reduction caused by projection is compensated by energy transfer. We uniformly transfer the energy of the pruned singular values to the remaining ones. We theoretically show that energy transfer eases the trend of gradient vanishing caused by projection. Third, we propose batch normalization (BN) rectification to cut off its effect on the optimal low-rank approximation of the weight matrix, which further improves the performance. Comprehensive experiments on CIFAR-10 and ImageNet have justified that our method is superior to other low-rank compression methods and also outperforms recent state-of-the-art pruning methods. Our code is available at https://github.com/BZQLin/LRPET.

尽管取得了巨大的成功，卷积神经网络（CNNS）旨在产生高的计算/储存成本，并且易受对抗扰动的影响。最近的鲁棒模型压缩的作品通过与对抗训练组合模型压缩技术来解决这些挑战。但这些方法无法改善现实硬件上的吞吐量（每秒框架），同时保持对抗对抗扰动的鲁棒性。为了克服这个问题，我们提出了广义深度可分离（GDWS）卷积的方法 - 一种高效，通用，训练后标准2D卷积的近似值。 GDW大大提高了现实硬件上标准预先训练网络的吞吐量，同时保留其鲁棒性。最后，GDW可以扩展到大问题大小，因为它在预先训练的模型上运行，并且不需要任何额外的培训。我们为2D卷积近似器建立GDW的最优性，并提出了在复杂性和误差约束下构造最佳GDWS卷积的精确算法。我们通过CIFAR-10，SVHN和Imagenet数据集的广泛实验展示GDWS的有效性。我们的代码可以在https://github.com/hsndbk4/gdws找到。

我们为深神经网络提出了一种新的全球压缩框架，它自动分析每个层以识别最佳的每个层压缩比，同时实现所需的整体压缩。我们的算法通过将其通道切入多个组并通过低秩分解来分解每个组来铰接压缩每个卷积（或完全连接）层的想法。在我们的算法的核心处于从Eckart Young MiRSKY定理中推导了层面错误界限的推导。然后，我们利用这些界限将压缩问题框架作为优化问题，我们希望最小化层次的最大压缩误差并提出朝向解决方案的有效算法。我们的实验表明，我们的方法优于各种网络和数据集的现有低级压缩方法。我们认为，我们的结果为未来的全球性能大小的研究开辟了新的途径，即现代神经网络的全球性能大小。我们的代码可在https://github.com/lucaslie/torchprune获得。

深度学习技术在各种任务中都表现出了出色的有效性，并且深度学习具有推进多种应用程序（包括在边缘计算中）的潜力，其中将深层模型部署在边缘设备上，以实现即时的数据处理和响应。一个关键的挑战是，虽然深层模型的应用通常会产生大量的内存和计算成本，但Edge设备通常只提供非常有限的存储和计算功能，这些功能可能会在各个设备之间差异很大。这些特征使得难以构建深度学习解决方案，以释放边缘设备的潜力，同时遵守其约束。应对这一挑战的一种有希望的方法是自动化有效的深度学习模型的设计，这些模型轻巧，仅需少量存储，并且仅产生低计算开销。该调查提供了针对边缘计算的深度学习模型设计自动化技术的全面覆盖。它提供了关键指标的概述和比较，这些指标通常用于量化模型在有效性，轻度和计算成本方面的水平。然后，该调查涵盖了深层设计自动化技术的三类最新技术：自动化神经体系结构搜索，自动化模型压缩以及联合自动化设计和压缩。最后，调查涵盖了未来研究的开放问题和方向。

深度神经网络（DNN）的记录断裂性能具有沉重的参数化，导致外部动态随机存取存储器（DRAM）进行存储。 DRAM访问的禁用能量使得在资源受限的设备上部署DNN是不普遍的，呼叫最小化重量和数据移动以提高能量效率。我们呈现SmartDeal（SD），算法框架，以进行更高成本的存储器存储/访问的较低成本计算，以便在推理和培训中积极提高存储和能量效率。 SD的核心是一种具有结构约束的新型重量分解，精心制作以释放硬件效率潜力。具体地，我们将每个重量张量分解为小基矩阵的乘积以及大的结构稀疏系数矩阵，其非零被量化为-2的功率。由此产生的稀疏和量化的DNN致力于为数据移动和重量存储而大大降低的能量，因为由于稀疏的比特 - 操作和成本良好的计算，恢复原始权重的最小开销。除了推理之外，我们采取了另一次飞跃来拥抱节能培训，引入创新技术，以解决培训时出现的独特障碍，同时保留SD结构。我们还设计专用硬件加速器，充分利用SD结构来提高实际能源效率和延迟。我们在不同的设置中对多个任务，模型和数据集进行实验。结果表明：1）应用于推理，SD可实现高达2.44倍的能效，通过实际硬件实现评估; 2）应用于培训，储存能量降低10.56倍，减少了10.56倍和4.48倍，与最先进的训练基线相比，可忽略的准确性损失。我们的源代码在线提供。

While machine learning is traditionally a resource intensive task, embedded systems, autonomous navigation, and the vision of the Internet of Things fuel the interest in resource-efficient approaches. These approaches aim for a carefully chosen trade-off between performance and resource consumption in terms of computation and energy. The development of such approaches is among the major challenges in current machine learning research and key to ensure a smooth transition of machine learning technology from a scientific environment with virtually unlimited computing resources into everyday's applications. In this article, we provide an overview of the current state of the art of machine learning techniques facilitating these real-world requirements. In particular, we focus on deep neural networks (DNNs), the predominant machine learning models of the past decade. We give a comprehensive overview of the vast literature that can be mainly split into three non-mutually exclusive categories: (i) quantized neural networks, (ii) network pruning, and (iii) structural efficiency. These techniques can be applied during training or as post-processing, and they are widely used to reduce the computational demands in terms of memory footprint, inference speed, and energy efficiency. We also briefly discuss different concepts of embedded hardware for DNNs and their compatibility with machine learning techniques as well as potential for energy and latency reduction. We substantiate our discussion with experiments on well-known benchmark datasets using compression techniques (quantization, pruning) for a set of resource-constrained embedded systems, such as CPUs, GPUs and FPGAs. The obtained results highlight the difficulty of finding good trade-offs between resource efficiency and predictive performance.

Neural network pruning offers a promising prospect to facilitate deploying deep neural networks on resourcelimited devices. However, existing methods are still challenged by the training inefficiency and labor cost in pruning designs, due to missing theoretical guidance of non-salient network components. In this paper, we propose a novel filter pruning method by exploring the High Rank of feature maps (HRank). Our HRank is inspired by the discovery that the average rank of multiple feature maps generated by a single filter is always the same, regardless of the number of image batches CNNs receive. Based on HRank, we develop a method that is mathematically formulated to prune filters with low-rank feature maps. The principle behind our pruning is that low-rank feature maps contain less information, and thus pruned results can be easily reproduced. Besides, we experimentally show that weights with high-rank feature maps contain more important information, such that even when a portion is not updated, very little damage would be done to the model performance. Without introducing any additional constraints, HRank leads to significant improvements over the state-of-the-arts in terms of FLOPs and parameters reduction, with similar accuracies. For example, with ResNet-110, we achieve a 58.2%-FLOPs reduction by removing 59.2% of the parameters, with only a small loss of 0.14% in top-1 accuracy on CIFAR-10. With Res-50, we achieve a 43.8%-FLOPs reduction by removing 36.7% of the parameters, with only a loss of 1.17% in the top-1 accuracy on ImageNet. The codes can be available at https://github.com/lmbxmu/HRank.

在本文中，我们介绍了一种新颖的神经网络重量压缩方法。在我们的方法中，我们将重量张量存储为稀疏，量化的矩阵因子，其产品在推理过程中即时计算以生成目标模型的权重。我们使用预计的梯度下降方法来找到重量张量的量化和稀疏分解。我们表明，这种方法可以看作是重量SVD，矢量量化和稀疏PCA的统一。结合端到端微调，我们的方法超出了或与以前的最先进方法相提并论，就精度和模型大小之间的权衡而言。我们的方法适用于中等压缩方案，与矢量量化和极端压缩方案不同。

卷积神经网络（CNN）具有一定量的参数冗余，滤波器修剪旨在去除冗余滤波器，并提供在终端设备上应用CNN的可能性。但是，以前的作品更加注重设计了滤波器重要性的评估标准，然后缩短了具有固定修剪率的重要滤波器或固定数量，以减少卷积神经网络的冗余。它不考虑为每层预留有多少筛选器是最合理的选择。从这个角度来看，我们通过搜索适当的过滤器（SNF）来提出新的过滤器修剪方法。 SNF专用于搜索每层的最合理的保留过滤器，然后是具有特定标准的修剪过滤器。它可以根据不同的拖鞋定制最合适的网络结构。通过我们的方法进行过滤器修剪导致CIFAR-10的最先进（SOTA）精度，并在Imagenet ILSVRC-2012上实现了竞争性能。基于Reset-56网络，在Top-中增加了0.14％的增加0.14％ 1对CIFAR-10拖出的52.94％的精度为52.94％。在减少68.68％拖鞋时，CiFar-10上的修剪Resnet-110还提高了0.03％的1 0.03％的精度。对于Imagenet，我们将修剪速率设置为52.10％的拖鞋，前1个精度只有0.74％。该代码可以在https://github.com/pk-l/snf上获得。

压缩预训练的深度神经网络的任务吸引了研究社区的广泛兴趣，因为它在使从业人员摆脱数据访问要求方面的巨大好处。在该域中，低级别的近似是一种有前途的方法，但是现有的解决方案被认为是限制的设计选择，并且未能有效地探索设计空间，从而导致严重的准确性降解和有限的压缩比达到了有限。为了解决上述局限性，这项工作提出了SVD-NAS框架，该框架将低级近似和神经体系结构搜索的域结合在一起。 SVD-NAS通用并扩展了以前作品的设计选择，通过引入低级别的建筑空间LR空间，这是一个更细粒度的低级别近似设计空间。之后，这项工作提出了基于梯度的搜索，以有效地穿越LR空间。对可能的设计选择的更精细，更彻底的探索导致了CNN模型的参数，失败和潜伏期的提高精度以及降低。结果表明，在数据限制问题设置下，SVD-NAS的成像网上的精度比最新方法高2.06-12.85pp。 SVD-NAS在https://github.com/yu-zhewen/svd-nas上开源。

培训广泛和深度神经网络（DNN）需要大量的存储资源，例如内存，因为在转发传播期间必须在存储器中保存中间激活数据，然后恢复以便向后传播。然而，由于硬件设计约束，诸如GPU之类的最先进的加速器（例如GPU）仅配备了非常有限的存储容量，这显着限制了在训练大规模DNN时的最大批量大小和性能加速。传统的记忆保存技术均受性能开销或受限互连带宽或特定互连技术的约束。在本文中，我们提出了一种新颖的记忆高效的CNN训练框架（称为Comet），利用错误界限的损耗压缩来显着降低训练的内存要求，以允许培训更大的模型或加速培训。不同于采用基于图像的有损压缩机（例如JPEG）的最先进的解决方案来压缩激活数据，我们的框架故意采用严格的错误控制机制来采用错误界限的损耗压缩。具体而言，我们对从改变的激活数据传播到梯度的压缩误差传播的理论分析，并经验探讨改变梯度对训练过程的影响。基于这些分析，我们优化了误报的损耗压缩，并提出了一种用于激活数据压缩的自适应误差控制方案。我们评估我们对最先进的解决方案的设计，其中包含五个广泛采用的CNN和Imagenet DataSet。实验表明，我们所提出的框架可以在基线训练中显着降低13.5倍，并分别在另一个最先进的基于压缩框架上的1.8倍，几乎没有准确性损失。

最近对深神经网络（DNN）效率的重点已导致了模型压缩方法的重要工作，其中重量修剪是最受欢迎的方法之一。同时，有快速增长的计算支持，以有效地执行通过修剪获得的非结构化模型。但是，大多数现有的修剪方法最小化仅剩余权重的数量，即模型的大小，而不是针对推理时间进行优化。我们通过引入SPDY来解决这一差距，SPDY是一种新的压缩方法，该方法会自动确定层次的稀疏性目标，可以在给定系统上实现所需的推理速度，同时最大程度地减少准确性损失。 SPDY由两种新技术组成：第一个是一种有效的动态编程算法，用于求解一组给定的层敏感性得分，以解决加速约束的层压缩问题；第二个是一个局部搜索程序，用于确定准确的层敏感性得分。跨流行视觉和语言模型的实验表明，SPDY可以保证相对于现有策略的恢复较高的准确性，无论是一次性和逐步修剪方案，并且与大多数现有的修剪方法兼容。我们还将方法扩展到了最近实施的修剪任务，几乎没有数据，在该数据中，我们在修剪GPU支持的2：4稀疏模式时实现了最著名的准确性恢复。

同态加密（HE），允许对加密数据（Ciphertext）进行计算，而无需首先解密，因此可以实现对云中隐私性的应用程序的安全性缓慢的卷积神经网络（CNN）推断。为了减少推理潜伏期，一种方法是将多个消息打包到单个密文中，以减少密文的数量并支持同型多态多重蓄能（HMA）操作的大量并行性。尽管HECNN的推断速度更快，但主流包装方案密集的包装（密度）和卷积包装（Convpack）仍将昂贵的旋转开销引入了昂贵的旋转开销，这延长了HECNN的推断潜伏期，以实现更深和更广泛的CNN体​​系结构。在本文中，我们提出了一种名为FFCONV的低级分解方法，该方法专门用于有效的密文填料，用于减少旋转台面和HMA操作。 FFCONV近似于低级分解卷积的A D X D卷积层，其中D X D低率卷积具有较少的通道，然后是1 x 1卷积以恢复通道。 D X D低级别卷积带有密度，导致旋转操作显着降低，而1 x 1卷积的旋转开销接近零。据我们所知，FFCONV是能够同时减少densepack和Convpack产生的旋转头顶的第一项工作，而无需将其他特殊块引入HECNN推理管道。与先前的Art Lola和Falcon相比，我们的方法分别将推理潜伏期降低了88％和21％，其精度在MNIST和CIFAR-10上具有可比的精度。

混合精确的深神经网络达到了硬件部署所需的能源效率和吞吐量，尤其是在资源有限的情况下，而无需牺牲准确性。但是，不容易找到保留精度的最佳每层钻头精度，尤其是在创建巨大搜索空间的大量模型，数据集和量化技术中。为了解决这一困难，最近出现了一系列文献，并且已经提出了一些实现有希望的准确性结果的框架。在本文中，我们首先总结了文献中通常使用的量化技术。然后，我们对混合精液框架进行了彻底的调查，该调查是根据其优化技术进行分类的，例如增强学习和量化技术，例如确定性舍入。此外，讨论了每个框架的优势和缺点，我们在其中呈现并列。我们最终为未来的混合精液框架提供了指南。

张量分解是由于能够揭示复杂结构之间的潜在关系的能力，是深度卷积神经网络模型压缩的基本技术之一。但是，大多数现有方法通过层压缩网络层，这不能提供令人满意的解决方案来实现全局优化。在本文中，我们提出了一种模型减少方法，用于使用卷积层的低级张量分解来压缩预先训练的网络。我们的方法基于优化技术来选择分解网络层的适当等级。建议一种新的正则化方法，称为漏斗功能，以抑制压缩过程中不重要的因素，因此可以更容易地揭示适当的等级。实验结果表明，我们的算法可以减少比其他张量压缩方法更多的模型参数。对于Reset18具有ImageNet2012，我们的减少模型可以在GMAC方面达到超过TWI时间，只有0.7％的前1个精度下降，这效果优于两个度量标准中的最多方法。

The deployment of deep convolutional neural networks (CNNs) in many real world applications is largely hindered by their high computational cost. In this paper, we propose a novel learning scheme for CNNs to simultaneously 1) reduce the model size; 2) decrease the run-time memory footprint; and 3) lower the number of computing operations, without compromising accuracy. This is achieved by enforcing channel-level sparsity in the network in a simple but effective way. Different from many existing approaches, the proposed method directly applies to modern CNN architectures, introduces minimum overhead to the training process, and requires no special software/hardware accelerators for the resulting models. We call our approach network slimming, which takes wide and large networks as input models, but during training insignificant channels are automatically identified and pruned afterwards, yielding thin and compact models with comparable accuracy. We empirically demonstrate the effectiveness of our approach with several state-of-the-art CNN models, including VGGNet, ResNet and DenseNet, on various image classification datasets. For VGGNet, a multi-pass version of network slimming gives a 20× reduction in model size and a 5× reduction in computing operations.

Model compression and model defense for deep neural networks (DNNs) have been extensively and individually studied. Considering the co-importance of model compactness and robustness in practical applications, several prior works have explored to improve the adversarial robustness of the sparse neural networks. However, the structured sparse models obtained by the exiting works suffer severe performance degradation for both benign and robust accuracy, thereby causing a challenging dilemma between robustness and structuredness of the compact DNNs. To address this problem, in this paper, we propose CSTAR, an efficient solution that can simultaneously impose the low-rankness-based Compactness, high STructuredness and high Adversarial Robustness on the target DNN models. By formulating the low-rankness and robustness requirement within the same framework and globally determining the ranks, the compressed DNNs can simultaneously achieve high compression performance and strong adversarial robustness. Evaluations for various DNN models on different datasets demonstrate the effectiveness of CSTAR. Compared with the state-of-the-art robust structured pruning methods, CSTAR shows consistently better performance. For instance, when compressing ResNet-18 on CIFAR-10, CSTAR can achieve up to 20.07% and 11.91% improvement for benign accuracy and robust accuracy, respectively. For compressing ResNet-18 with 16x compression ratio on Imagenet, CSTAR can obtain 8.58% benign accuracy gain and 4.27% robust accuracy gain compared to the existing robust structured pruning method.

现有的可区分通道修剪方法通常将缩放因子或掩模在通道后面的掩盖范围内，以减少重要性的修剪过滤器，并假设输入样品统一贡献以过滤重要性。具体而言，实例复杂性对修剪性能的影响尚未得到充分研究。在本文中，我们提出了一个基于实例复杂性滤波器的重要性得分的简单而有效的可区分网络修剪方法上限。我们通过给硬样品给出更高的权重来定义每个样品的实例复杂性与重量相关的重量，并测量样品特异性软膜的加权总和，以模拟不同输入的非均匀贡献，这鼓励硬样品主导修剪过程和模型性能保存完好。此外，我们还引入了一个新的正规器，以鼓励面具两极分化，以便很容易找到甜蜜的位置以识别要修剪的过滤器。各种网络体系结构和数据集的性能评估表明，CAP在修剪大型网络方面具有优势。例如，CAP在删除65.64％的拖鞋后，CAP在CIFAR-10数据集上的RESNET56的准确性提高了0.33％，而Prunes在ImagEnet数据集上的RESNET50的PRUNES 87.75％，只有0.89％的TOP-1精度损失。

边缘设备上卷积神经网络（CNN）的部署受到性能要求和可用处理能力之间的巨大差距的阻碍。尽管最近的研究在开发网络修剪方法以减少CNN的计算开销方面取得了长足的进步，但仍然存在相当大的准确性损失，尤其是在高修剪比率下。质疑为非封闭网络设计的架构可能对修剪网络没有效，我们建议通过定义新的搜索空间和新颖的搜索目标来搜索架构修剪方法。为了改善修剪网络的概括，我们提出了两个新型的原始孔和prunedlinearaare操作。具体而言，这些操作通过正规化修剪网络的目标函数来缓解不稳定梯度的问题。提出的搜索目标使我们能够培训有关修剪权重元素的体系结构参数。定量分析表明，我们的搜索架构优于在CIFAR-10和Imagenet上最先进的修剪网络中使用的体系结构。就硬件效率而言，PR-DARTS将Mobilenet-V2的准确性从73.44％提高到81.35％（+7.91％提高），并且运行3.87 $ \ times $的速度更快。