彩票票证假设（LTH）表明，密集的模型包含高度稀疏的子网（即获奖门票），可以隔离培训以完全准确。尽管做出了许多激动人心的努力，但仍有一个“常识”很少受到挑战：通过迭代级修剪（IMP）发现了一张获胜的票，因此由此产生的修剪子网仅具有非结构化的稀疏性。这一差距限制了在实践中赢得门票的吸引力，因为高度不规则的稀疏模式在硬件上加速的挑战是挑战性的。同时，直接将结构化修剪替换为非结构化的修剪，以更严重地损害绩效，并且通常无法找到获胜的票。在本文中，我们证明了第一个积极的结果是，总体上可以有效地找到结构上稀疏的获胜票。核心思想是在每一轮（非结构化）IMP之后附加“后处理技术”，以实施结构稀疏的形成。具体而言，我们首先在某些被认为很重要的通道中“重新填充”修剪元素，然后“重新组”非零元素以创建灵活的群体结构模式。我们确定的渠道和团体结构子网都赢得了彩票，并以现有硬件很容易支持的大量推理加速。广泛的实验，在多个网络骨架的不同数据集上进行，一致验证了我们的建议，表明LTH的硬件加速障碍现在已被删除。具体而言，结构上的获胜票最多可获得{64.93％，64.84％，60.23％}的运行时间节省，以{36％〜80％，74％，58％}的稀疏性在{Cifar，cifar，tiny-imageNet，imageNet}上保持可比较的精度。代码在https://github.com/vita-group/structure-lth上。

重量修剪是一种有效的模型压缩技术，可以解决在移动设备上实现实时深神经网络（DNN）推断的挑战。然而，由于精度劣化，难以利用硬件加速度，以及某些类型的DNN层的限制，难以降低的应用方案具有有限的应用方案。在本文中，我们提出了一般的细粒度的结构化修剪方案和相应的编译器优化，适用于任何类型的DNN层，同时实现高精度和硬件推理性能。随着使用我们的编译器优化所支持的不同层的灵活性，我们进一步探讨了确定最佳修剪方案的新问题，了解各种修剪方案的不同加速度和精度性能。两个修剪方案映射方法，一个是基于搜索，另一个是基于规则的，建议自动推导出任何给定DNN的每层的最佳修剪规则和块大小。实验结果表明，我们的修剪方案映射方法，以及一般细粒化结构修剪方案，优于最先进的DNN优化框架，最高可达2.48 $ \ times $和1.73 $ \ times $ DNN推理加速在CiFar-10和Imagenet DataSet上没有准确性损失。

Network pruning is widely used for reducing the heavy inference cost of deep models in low-resource settings. A typical pruning algorithm is a three-stage pipeline, i.e., training (a large model), pruning and fine-tuning. During pruning, according to a certain criterion, redundant weights are pruned and important weights are kept to best preserve the accuracy. In this work, we make several surprising observations which contradict common beliefs. For all state-of-the-art structured pruning algorithms we examined, fine-tuning a pruned model only gives comparable or worse performance than training that model with randomly initialized weights. For pruning algorithms which assume a predefined target network architecture, one can get rid of the full pipeline and directly train the target network from scratch. Our observations are consistent for multiple network architectures, datasets, and tasks, which imply that: 1) training a large, over-parameterized model is often not necessary to obtain an efficient final model, 2) learned "important" weights of the large model are typically not useful for the small pruned model, 3) the pruned architecture itself, rather than a set of inherited "important" weights, is more crucial to the efficiency in the final model, which suggests that in some cases pruning can be useful as an architecture search paradigm. Our results suggest the need for more careful baseline evaluations in future research on structured pruning methods. We also compare with the "Lottery Ticket Hypothesis" (Frankle & Carbin, 2019), and find that with optimal learning rate, the "winning ticket" initialization as used in Frankle & Carbin (2019) does not bring improvement over random initialization. * Equal contribution. † Work done while visiting UC Berkeley.

The success of CNNs in various applications is accompanied by a significant increase in the computation and parameter storage costs. Recent efforts toward reducing these overheads involve pruning and compressing the weights of various layers without hurting original accuracy. However, magnitude-based pruning of weights reduces a significant number of parameters from the fully connected layers and may not adequately reduce the computation costs in the convolutional layers due to irregular sparsity in the pruned networks. We present an acceleration method for CNNs, where we prune filters from CNNs that are identified as having a small effect on the output accuracy. By removing whole filters in the network together with their connecting feature maps, the computation costs are reduced significantly. In contrast to pruning weights, this approach does not result in sparse connectivity patterns. Hence, it does not need the support of sparse convolution libraries and can work with existing efficient BLAS libraries for dense matrix multiplications. We show that even simple filter pruning techniques can reduce inference costs for VGG-16 by up to 34% and ResNet-110 by up to 38% on CIFAR10 while regaining close to the original accuracy by retraining the networks.

预训练是在各种下游任务上转移学习的广泛采用的起点。对彩票假说（LTH）的最新研究表明，这种巨大的预训练模型可以用极稀疏的子网（又称匹配子网络）代替，而无需牺牲可传递性。但是，实际的安全 - 重要应用程序通常在标准转移之外提出了更具挑战性的要求，这也要求这些子网克服对抗性脆弱性。在本文中，我们制定了一个更严格的概念，双赢彩票，其中预训练模型的位置可以在各种下游任务上独立传输，以在两个标准下达到相同的标准和可靠的概括正如完整的预培训模型可以做到的那样，对抗性训练制度。我们全面检查了各种训练机制，发现强大的预训练倾向于制作出更少的双赢彩票，其性能优于标准对应物。例如，在下游CIFAR-10/100数据集上，我们识别出具有标准的，快速的对抗性和对抗性预训练的双赢匹配子网，以89.26％/73.79％，89.26％/79.03％和91.41％的匹配培训。 /83.22%稀疏。此外，我们观察到获得的双赢彩票票可以在实用数据限制（例如1％和10％）下游方案下传输的数据效率更高。我们的结果表明，彩票票务方案以及数据限制的转移设置可以扩大稳健的预训练的好处。代码可在https://github.com/vita-group/double-win-lth上找到。

Many applications require sparse neural networks due to space or inference time restrictions. There is a large body of work on training dense networks to yield sparse networks for inference, but this limits the size of the largest trainable sparse model to that of the largest trainable dense model. In this paper we introduce a method to train sparse neural networks with a fixed parameter count and a fixed computational cost throughout training, without sacrificing accuracy relative to existing dense-tosparse training methods. Our method updates the topology of the sparse network during training by using parameter magnitudes and infrequent gradient calculations. We show that this approach requires fewer floating-point operations (FLOPs) to achieve a given level of accuracy compared to prior techniques. We demonstrate state-of-the-art sparse training results on a variety of networks and datasets, including ResNet-50, MobileNets on Imagenet-2012, and RNNs on WikiText-103. Finally, we provide some insights into why allowing the topology to change during the optimization can overcome local minima encountered when the topology remains static * .

通过强迫连续重量的最多n非零，最近的N：M网络稀疏性因其两个有吸引力的优势而受到越来越多的关注：1）高稀疏性的有希望的表现。 2）对NVIDIA A100 GPU的显着加速。最近的研究需要昂贵的训练阶段或重型梯度计算。在本文中，我们表明N：M学习可以自然地将其描述为一个组合问题，该问题可以在有限的集合中寻找最佳组合候选者。由这种特征激励，我们以有效的分裂方式解决了n：m的稀疏性。首先，我们将重量向量分为$ c _ {\ text {m}}}^{\ text {n}} $组合s子集的固定大小N。然后，我们通过分配每个组合来征服组合问题，一个可学习的分数是共同优化了其关联权重。我们证明，引入的评分机制可以很好地模拟组合子集之间的相对重要性。通过逐渐去除低得分的子集，可以在正常训练阶段有效地优化N：M细粒稀疏性。全面的实验表明，我们的学习最佳组合（LBC）的表现始终如一，始终如一地比现成的N：m稀疏方法更好。我们的代码在\ url {https://github.com/zyxxmu/lbc}上发布。

由于稀疏神经网络通常包含许多零权重，因此可以在不降低网络性能的情况下潜在地消除这些不必要的网络连接。因此，设计良好的稀疏神经网络具有显着降低拖鞋和计算资源的潜力。在这项工作中，我们提出了一种新的自动修剪方法 - 稀疏连接学习（SCL）。具体地，重量被重新参数化为可培训权重变量和二进制掩模的元素方向乘法。因此，由二进制掩模完全描述网络连接，其由单位步进函数调制。理论上，从理论上证明了使用直通估计器（STE）进行网络修剪的基本原理。这一原则是STE的代理梯度应该是积极的，确保掩模变量在其最小值处收敛。在找到泄漏的Relu后，SoftPlus和Identity Stes可以满足这个原理，我们建议采用SCL的身份STE以进行离散面膜松弛。我们发现不同特征的面具梯度非常不平衡，因此，我们建议将每个特征的掩模梯度标准化以优化掩码变量训练。为了自动训练稀疏掩码，我们将网络连接总数作为我们的客观函数中的正则化术语。由于SCL不需要由网络层设计人员定义的修剪标准或超级参数，因此在更大的假设空间中探讨了网络，以实现最佳性能的优化稀疏连接。 SCL克服了现有自动修剪方法的局限性。实验结果表明，SCL可以自动学习并选择各种基线网络结构的重要网络连接。 SCL培训的深度学习模型以稀疏性，精度和减少脚波特的SOTA人类设计和自动修剪方法训练。

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。

网络修剪是一种广泛使用的技术，用于有效地压缩深神经网络，几乎没有在推理期间在性能下降低。迭代幅度修剪（IMP）是由几种迭代训练和修剪步骤组成的网络修剪的最熟悉的方法之一，其中在修剪后丢失了大量网络的性能，然后在随后的再培训阶段中恢复。虽然常用为基准参考，但经常认为a）通过不将稀疏纳入训练阶段来达到次优状态，b）其全球选择标准未能正确地确定最佳层面修剪速率和c）其迭代性质使它变得缓慢和不竞争。根据最近提出的再培训技术，我们通过严格和一致的实验来调查这些索赔，我们将Impr到培训期间的训练算法进行比较，评估其选择标准的建议修改，并研究实际需要的迭代次数和总培训时间。我们发现IMP与SLR进行再培训，可以优于最先进的修剪期间，没有或仅具有很少的计算开销，即全局幅度选择标准在很大程度上具有更复杂的方法，并且只有几个刷新时期在实践中需要达到大部分稀疏性与IMP的诽谤 - 与性能权衡。我们的目标既可以证明基本的进攻已经可以提供最先进的修剪结果，甚至优于更加复杂或大量参数化方法，也可以为未来的研究建立更加现实但易于可实现的基线。

深度神经网络（DNN）在解决许多真实问题方面都有效。较大的DNN模型通常表现出更好的质量（例如，精度，精度），但它们的过度计算会导致长期推理时间。模型稀疏可以降低计算和内存成本，同时保持模型质量。大多数现有的稀疏算法是单向移除的重量，而其他人则随机或贪婪地探索每层进行修剪的小权重子集。这些算法的局限性降低了可实现的稀疏性水平。此外，许多算法仍然需要预先训练的密集模型，因此遭受大的内存占地面积。在本文中，我们提出了一种新颖的预定生长和修剪（间隙）方法，而无需预先培训密集模型。它通过反复生长一个层次的层来解决以前的作品的缺点，然后在一些训练后修剪回到稀疏。实验表明，使用所提出的方法修剪模型匹配或击败高度优化的密集模型的质量，在各种任务中以80％的稀疏度，例如图像分类，客观检测，3D对象分段和翻译。它们还优于模型稀疏的其他最先进的（SOTA）方法。作为一个例子，通过间隙获得的90％不均匀的稀疏resnet-50模型在想象中实现了77.9％的前1个精度，提高了先前的SOTA结果1.5％。所有代码将公开发布。

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。

有效的深层神经网络（DNN）模型配备了紧凑的操作员（例如，深度卷积）在降低DNN的理论复杂性（例如，权重/操作总数）的同时，在保持体面的模型准确性的同时，显示出很大的潜力。但是，由于其通常采用的紧凑型操作员的低硬件利用率，现有的有效DNN仍然受到履行其提高现实硬件效率的承诺的限制。在这项工作中，我们为开发真实硬件有效的DNN开辟了新的压缩范式，从而提高了硬件效率，同时保持模型的准确性。有趣的是，我们观察到，尽管某些DNN层的激活功能有助于DNNS的训练优化和可实现的准确性，但在训练后可以正确删除它们，而不会损害模型的准确性。受到这一观察的启发，我们提出了一个称为DepthShrinker的框架，该框架通过缩小现有有效DNN的基本构建块来开发硬件友好的紧凑型网络，这些构件具有不规则的计算模式，并具有大量改进的硬件利用率，从而将硬件的计算模式缩小到密集的情况下。令人兴奋的是，我们的DepthShrinker框架提供了硬件友好的紧凑网络，既优于最先进的有效DNN和压缩技术方法元元素。我们的代码可在以下网址找到：https：//github.com/facebookresearch/depthshrinker。

由于其实现的实际加速，过滤器修剪已广泛用于神经网络压缩。迄今为止，大多数现有滤波器修剪工作探索过滤器通过使用通道内信息的重要性。在本文中，从频道间透视开始，我们建议使用信道独立性进行有效的滤波器修剪，该指标测量不同特征映射之间的相关性。较少独立的特征映射被解释为包含较少有用的信息$ / $知识，因此可以修剪其相应的滤波器而不会影响模型容量。我们在过滤器修剪的背景下系统地调查了渠道独立性的量化度量，测量方案和敏感性$ / $可靠性。我们对各种数据集不同模型的评估结果显示了我们方法的卓越性能。值得注意的是，在CIFAR-10数据集上，我们的解决方案可以分别为基线Resnet-56和Resnet-110型号的0.75 \％$ 0.94 \％$ 0.94 \％。模型大小和拖鞋减少了42.8 \％$和$ 47.4 \％$（for Resnet-56）和48.3 \％$ 48.3 \％$ 52.1 \％$（for resnet-110）。在ImageNet DataSet上，我们的方法可以分别达到40.8 \％$ 44.8 \％$ 74.8 \％$ 0.15 \％$ 0.15 \％$ 0.15美元的准确性。该代码可在https://github.com/eclipsess/chip_neurivs2021上获得。

This paper proposed a Soft Filter Pruning (SFP) method to accelerate the inference procedure of deep Convolutional Neural Networks (CNNs). Specifically, the proposed SFP enables the pruned filters to be updated when training the model after pruning. SFP has two advantages over previous works: (1) Larger model capacity. Updating previously pruned filters provides our approach with larger optimization space than fixing the filters to zero. Therefore, the network trained by our method has a larger model capacity to learn from the training data. (2) Less dependence on the pretrained model. Large capacity enables SFP to train from scratch and prune the model simultaneously. In contrast, previous filter pruning methods should be conducted on the basis of the pre-trained model to guarantee their performance. Empirically, SFP from scratch outperforms the previous filter pruning methods. Moreover, our approach has been demonstrated effective for many advanced CNN architectures. Notably, on ILSCRC-2012, SFP reduces more than 42% FLOPs on ResNet-101 with even 0.2% top-5 accuracy improvement, which has advanced the state-of-the-art. Code is publicly available on GitHub: https://github.com/he-y/softfilter-pruning

虽然网络稀疏作为克服神经网络大小的有希望的方向，但它仍然是保持模型准确性的开放问题，并在一般CPU上实现了显着的加速。在本文中，我们提出了一篇新颖的1美元\ Times N $块稀疏模式（块修剪）的概念来打破这种限制。特别是，具有相同输入通道索引的连续$ N $输出内核被分组为一个块，该块用作我们修剪模式的基本修剪粒度。我们的$ 1 \ times n $ sparsity模式prunes这些块被认为不重要。我们还提供过滤器重新排列的工作流程，首先重新排列输出通道尺寸中的权重矩阵，以获得更具影响力的块，以便精度改进，然后将类似的重新排列到输入通道维度中的下一层权重，以确保正确的卷积操作。此外，可以通过并行化块 - 方向的矢量化操作实现在我们的$ 1 \ Times N $块稀疏之后的输出计算，从而导致总基于CPU的平台上的显着加速。通过对ILSVRC-2012的实验证明了我们修剪模式的功效。例如，在50％的稀疏性和$ n = 4 $的情况下，我们的模式在MobileNet-V2的前1个精度的过滤器修剪中获得了大约3.0％的改进。同时，它在Cortex-A7 CPU上获得56.04ms推断，超过体重修剪。代码可在https://github.com/lmbxmu/1xn处获得。

Pruning refers to the elimination of trivial weights from neural networks. The sub-networks within an overparameterized model produced after pruning are often called Lottery tickets. This research aims to generate winning lottery tickets from a set of lottery tickets that can achieve similar accuracy to the original unpruned network. We introduce a novel winning ticket called Cyclic Overlapping Lottery Ticket (COLT) by data splitting and cyclic retraining of the pruned network from scratch. We apply a cyclic pruning algorithm that keeps only the overlapping weights of different pruned models trained on different data segments. Our results demonstrate that COLT can achieve similar accuracies (obtained by the unpruned model) while maintaining high sparsities. We show that the accuracy of COLT is on par with the winning tickets of Lottery Ticket Hypothesis (LTH) and, at times, is better. Moreover, COLTs can be generated using fewer iterations than tickets generated by the popular Iterative Magnitude Pruning (IMP) method. In addition, we also notice COLTs generated on large datasets can be transferred to small ones without compromising performance, demonstrating its generalizing capability. We conduct all our experiments on Cifar-10, Cifar-100 & TinyImageNet datasets and report superior performance than the state-of-the-art methods.

Pruning large neural networks to create highquality, independently trainable sparse masks, which can maintain similar performance to their dense counterparts, is very desirable due to the reduced space and time complexity. As research effort is focused on increasingly sophisticated pruning methods that leads to sparse subnetworks trainable from the scratch, we argue for an orthogonal, under-explored theme: improving training techniques for pruned sub-networks, i.e. sparse training. Apart from the popular belief that only the quality of sparse masks matters for sparse training, in this paper we demonstrate an alternative opportunity: one can carefully customize the sparse training techniques to deviate from the default dense network training protocols, consisting of introducing "ghost" neurons and skip connections at the early stage of training, and strategically modifying the initialization as well as labels. Our new sparse training recipe is generally applicable to improving training from scratch with various sparse masks. By adopting our newly curated techniques, we demonstrate significant performance gains across various popular datasets (CIFAR-10, CIFAR-100, TinyIma-geNet), architectures (ResNet-18/32/104, Vgg16, MobileNet), and sparse mask options (lottery ticket, SNIP/GRASP, SynFlow, or even randomly pruning), compared to the default training protocols, especially at high sparsity levels. Code is at https://github.com/VITA-Group/ToST.

人们通常认为，修剪网络不仅会降低深网的计算成本，而且还可以通过降低模型容量来防止过度拟合。但是，我们的工作令人惊讶地发现，网络修剪有时甚至会加剧过度拟合。我们报告了出乎意料的稀疏双后裔现象，随着我们通过网络修剪增加模型稀疏性，首先测试性能变得更糟（由于过度拟合），然后变得更好（由于过度舒适），并且终于变得更糟（由于忘记了有用的有用信息）。尽管最近的研究集中在模型过度参数化方面，但他们未能意识到稀疏性也可能导致双重下降。在本文中，我们有三个主要贡献。首先，我们通过广泛的实验报告了新型的稀疏双重下降现象。其次，对于这种现象，我们提出了一种新颖的学习距离解释，即$ \ ell_ {2} $稀疏模型的学习距离（从初始化参数到最终参数）可能与稀疏的双重下降曲线良好相关，并更好地反映概括比最小平坦。第三，在稀疏的双重下降的背景下，彩票票假设中的获胜票令人惊讶地并不总是赢。

修剪是稀疏深神经网络的任务，最近受到了越来越多的关注。尽管最先进的修剪方法提取了高度稀疏的模型，但它们忽略了两个主要挑战：（1）寻找这些稀疏模型的过程通常非常昂贵； （2）非结构化的修剪在GPU记忆，训练时间或碳排放方面没有提供好处。我们提出了通过梯度流量保存（早期CROP）提出的早期压缩，该压缩在训练挑战（1）的培训（1）中有效提取最先进的稀疏模型，并且可以以结构化的方式应用来应对挑战（2）。这使我们能够在商品GPU上训练稀疏的网络，该商品GPU的密集版本太大，从而节省了成本并减少了硬件要求。我们从经验上表明，早期杂交的表现优于许多任务（包括分类，回归）和域（包括计算机视觉，自然语言处理和增强学习）的丰富基线。早期杂交导致准确性与密集训练相当，同时超过修剪基线。