灵感来自动物视觉系统中的两个基本机制，我们介绍了一种特征变换技术，在深神经网络训练中强加不变性。生成的算法需要较少的参数调整，用初始学习速率1.0提供良好的列车，并且容易地推广到不同的任务。我们使用数据中的本地统计数据强制不变性，以使类似的样本对齐不同的标度。为了加速融合，我们强制使用从批处理中提取的全局统计数据来执行GL（n）-invariance属性，使得梯度下降溶液应保持不变的基础变化。分析分析表明我们所提出的修改需要底层卷积层的计算的5％。在卷积网络和变压器网络上测试，我们提出的技术需要较少的迭代训练，超过所有基线，通过大幅度，无缝工作，对小型和大批量训练，并适用于不同的计算机视觉和语言任务。

深度学习在广泛的AI应用方面取得了有希望的结果。较大的数据集和模型一致地产生更好的性能。但是，我们一般花费更长的培训时间，以更多的计算和沟通。在本调查中，我们的目标是在模型精度和模型效率方面提供关于大规模深度学习优化的清晰草图。我们调查最常用于优化的算法，详细阐述了大批量培训中出现的泛化差距的可辩论主题，并审查了解决通信开销并减少内存足迹的SOTA策略。

Batch Normalization (BN) is a milestone technique in the development of deep learning, enabling various networks to train. However, normalizing along the batch dimension introduces problems -BN's error increases rapidly when the batch size becomes smaller, caused by inaccurate batch statistics estimation. This limits BN's usage for training larger models and transferring features to computer vision tasks including detection, segmentation, and video, which require small batches constrained by memory consumption. In this paper, we present Group Normalization (GN) as a simple alternative to BN. GN divides the channels into groups and computes within each group the mean and variance for normalization. GN's computation is independent of batch sizes, and its accuracy is stable in a wide range of batch sizes. On ResNet-50 trained in ImageNet, GN has 10.6% lower error than its BN counterpart when using a batch size of 2; when using typical batch sizes, GN is comparably good with BN and outperforms other normalization variants. Moreover, GN can be naturally transferred from pre-training to fine-tuning. GN can outperform its BNbased counterparts for object detection and segmentation in COCO, 1 and for video classification in Kinetics, showing that GN can effectively replace the powerful BN in a variety of tasks. GN can be easily implemented by a few lines of code in modern libraries.

由于存储器和计算资源有限，部署在移动设备上的卷积神经网络（CNNS）是困难的。我们的目标是通过利用特征图中的冗余来设计包括CPU和GPU的异构设备的高效神经网络，这很少在神经结构设计中进行了研究。对于类似CPU的设备，我们提出了一种新颖的CPU高效的Ghost（C-Ghost）模块，以生成从廉价操作的更多特征映射。基于一组内在的特征映射，我们使用廉价的成本应用一系列线性变换，以生成许多幽灵特征图，可以完全揭示内在特征的信息。所提出的C-Ghost模块可以作为即插即用组件，以升级现有的卷积神经网络。 C-Ghost瓶颈旨在堆叠C-Ghost模块，然后可以轻松建立轻量级的C-Ghostnet。我们进一步考虑GPU设备的有效网络。在建筑阶段的情况下，不涉及太多的GPU效率（例如，深度明智的卷积），我们建议利用阶段明智的特征冗余来制定GPU高效的幽灵（G-GHOST）阶段结构。舞台中的特征被分成两个部分，其中使用具有较少输出通道的原始块处理第一部分，用于生成内在特征，另一个通过利用阶段明智的冗余来生成廉价的操作。在基准测试上进行的实验证明了所提出的C-Ghost模块和G-Ghost阶段的有效性。 C-Ghostnet和G-Ghostnet分别可以分别实现CPU和GPU的准确性和延迟的最佳权衡。代码可在https://github.com/huawei-noah/cv-backbones获得。

视觉变压器的最新进展在基于点产生自我注意的新空间建模机制驱动的各种任务中取得了巨大成功。在本文中，我们表明，视觉变压器背后的关键要素，即输入自适应，远程和高阶空间相互作用，也可以通过基于卷积的框架有效地实现。我们介绍了递归封闭式卷积（$ \ textit {g}^\ textit {n} $ conv），该卷积{n} $ conv）与封闭的卷积和递归设计执行高阶空间交互。新操作是高度灵活和可定制的，它与卷积的各种变体兼容，并将自我注意的两阶相互作用扩展到任意订单，而无需引入大量额外的计算。 $ \ textit {g}^\ textit {n} $ conv可以用作插件模块，以改善各种视觉变压器和基于卷积的模型。根据该操作，我们构建了一个名为Hornet的新型通用视觉骨干家族。关于ImageNet分类，可可对象检测和ADE20K语义分割的广泛实验表明，大黄蜂的表现优于Swin变形金刚，并具有相似的整体体系结构和训练配置的明显边距。大黄蜂还显示出对更多训练数据和更大模型大小的有利可伸缩性。除了在视觉编码器中的有效性外，我们还可以将$ \ textit {g}^\ textit {n} $ conv应用于特定于任务的解码器，并始终通过较少的计算来提高密集的预测性能。我们的结果表明，$ \ textIt {g}^\ textit {n} $ conv可以成为视觉建模的新基本模块，可有效结合视觉变形金刚和CNN的优点。代码可从https://github.com/raoyongming/hornet获得

建模长期依赖关系对于理解计算机视觉中的任务至关重要。尽管卷积神经网络（CNN）在许多视觉任务中都表现出色，但由于它们通常由当地核层组成，因此它们仍然限制捕获长期结构化关系。但是，完全连接的图（例如变形金刚中的自我发项操作）对这种建模是有益的，但是，其计算开销非常有用。在本文中，我们提出了一个动态图形消息传递网络，与建模完全连接的图形相比，该网络大大降低了计算复杂性。这是通过在图表中自适应采样节点（以输入为条件）来实现的，以传递消息传递。基于采样节点，我们动态预测节点依赖性滤波器权重和亲和力矩阵，以在它们之间传播信息。这种公式使我们能够设计一个自我发挥的模块，更重要的是，我们将基于变压器的新骨干网络用于图像分类预处理，并用于解决各种下游任务（对象检测，实例和语义细分）。使用此模型，我们在四个不同任务上的强，最先进的基线方面显示出显着改进。我们的方法还优于完全连接的图形，同时使用较少的浮点操作和参数。代码和型号将在https://github.com/fudan-zvg/dgmn2上公开提供。

We propose a new neural network design paradigm Reversible Column Network (RevCol). The main body of RevCol is composed of multiple copies of subnetworks, named columns respectively, between which multi-level reversible connections are employed. Such architectural scheme attributes RevCol very different behavior from conventional networks: during forward propagation, features in RevCol are learned to be gradually disentangled when passing through each column, whose total information is maintained rather than compressed or discarded as other network does. Our experiments suggest that CNN-style RevCol models can achieve very competitive performances on multiple computer vision tasks such as image classification, object detection and semantic segmentation, especially with large parameter budget and large dataset. For example, after ImageNet-22K pre-training, RevCol-XL obtains 88.2% ImageNet-1K accuracy. Given more pre-training data, our largest model RevCol-H reaches 90.0% on ImageNet-1K, 63.8% APbox on COCO detection minival set, 61.0% mIoU on ADE20k segmentation. To our knowledge, it is the best COCO detection and ADE20k segmentation result among pure (static) CNN models. Moreover, as a general macro architecture fashion, RevCol can also be introduced into transformers or other neural networks, which is demonstrated to improve the performances in both computer vision and NLP tasks. We release code and models at https://github.com/megvii-research/RevCol

视觉识别的“咆哮20S”开始引入视觉变压器（VITS），这将被取代的Cummnets作为最先进的图像分类模型。另一方面，vanilla vit，当应用于一般计算机视觉任务等对象检测和语义分割时面临困难。它是重新引入多个ConvNet Priors的等级变压器（例如，Swin变压器），使变压器实际上可作为通用视觉骨干网，并在各种视觉任务上展示了显着性能。然而，这种混合方法的有效性仍然在很大程度上归功于变压器的内在优越性，而不是卷积的固有感应偏差。在这项工作中，我们重新审视设计空间并测试纯粹的Convnet可以实现的限制。我们逐渐“现代化”标准Reset朝着视觉变压器的设计设计，并发现几个有助于沿途绩效差异的关键组件。此探索的结果是一个纯粹的ConvNet型号被称为ConvNext。完全由标准的Convnet模块构建，ConvNexts在准确性和可扩展性方面与变压器竞争，实现了87.8％的ImageNet Top-1精度和表现优于COCO检测和ADE20K分割的Swin变压器，同时保持了标准Convnet的简单性和效率。

我们使用高斯过程扰动模型在高维二次上的真实和批量风险表面之间的高斯过程扰动模型分析和解释迭代平均的泛化性能。我们从我们的理论结果中获得了三个现象\姓名：}（1）将迭代平均值（ia）与大型学习率和正则化进行了改进的正规化的重要性。 （2）对较少频繁平均的理由。 （3）我们预计自适应梯度方法同样地工作，或者更好，而不是其非自适应对应物的迭代平均值。灵感来自这些结果\姓据{，一起与}对迭代解决方案多样性的适当正则化的重要性，我们提出了两个具有迭代平均的自适应算法。与随机梯度下降（SGD）相比，这些结果具有明显更好的结果，需要较少调谐并且不需要早期停止或验证设定监视。我们在各种现代和古典网络架构上展示了我们对CiFar-10/100，Imagenet和Penn TreeBank数据集的方法的疗效。

本文解决了由多头自我注意力（MHSA）中高计算/空间复杂性引起的视觉变压器的低效率缺陷。为此，我们提出了层次MHSA（H-MHSA），其表示以层次方式计算。具体而言，我们首先将输入图像分为通常完成的补丁，每个补丁都被视为令牌。然后，拟议的H-MHSA学习本地贴片中的令牌关系，作为局部关系建模。然后，将小贴片合并为较大的贴片，H-MHSA对少量合并令牌的全局依赖性建模。最后，汇总了本地和全球专注的功能，以获得具有强大表示能力的功能。由于我们仅在每个步骤中计算有限数量的令牌的注意力，因此大大减少了计算负载。因此，H-MHSA可以在不牺牲细粒度信息的情况下有效地模拟令牌之间的全局关系。使用H-MHSA模块合并，我们建立了一个基于层次的变压器网络的家族，即HAT-NET。为了证明在场景理解中HAT-NET的优越性，我们就基本视觉任务进行了广泛的实验，包括图像分类，语义分割，对象检测和实例细分。因此，HAT-NET为视觉变压器提供了新的视角。可以在https://github.com/yun-liu/hat-net上获得代码和预估计的模型。

视觉变形金刚（VIT）通过贴片图像令牌化推动了各种视觉识别任务的最先进，然后是堆叠的自我注意操作。采用自我发场模块会导致计算和内存使用情况的二次复杂性。因此，已经在自然语言处理中进行了各种尝试以线性复杂性近似自我发挥计算的尝试。但是，这项工作的深入分析表明，它们在理论上是缺陷的，或者在经验上是无效的视觉识别。我们确定它们的局限性植根于在近似过程中保留软马克斯的自我注意力。具体而言，传统的自我注意力是通过使令状特征向量之间的缩放点产物标准化来计算的。保留SoftMax操作会挑战任何随后的线性化工作。在这个见解下，首次提出了无软磁变压器（缩写为软的变压器）。为了消除自我注意事项的软马克斯操作员，采用高斯内核函数来替代点产品相似性。这使完整的自发矩阵可以通过低级矩阵分解近似。我们近似的鲁棒性是通过使用牛顿 - 拉夫森方法来计算其摩尔 - 芬罗逆的。此外，在低级别的自我注意事项上引入了有效的对称归一化，以增强模型的推广性和可传递性。对Imagenet，Coco和ADE20K的广泛实验表明，我们的软可以显着提高现有VIT变体的计算效率。至关重要的是，具有线性复杂性，允许使用较长的令牌序列，从而使精度和复杂性之间的权衡较高。

有效地近似损失函数的局部曲率信息是用于深神经网络的优化和压缩的关键工具。然而，大多数现有方法近似二阶信息具有高计算或存储成本，这可以限制其实用性。在这项工作中，我们调查矩阵，用于估计逆象征的矢量产品（IHVPS）的矩阵线性时间方法，因为当Hessian可以近似为乘语 - 一个矩阵的总和时，如Hessian的经典近似由经验丰富的Fisher矩阵。我们提出了两个新的算法作为称为M-FAC的框架的一部分：第一个算法朝着网络压缩量身定制，如果Hessian给出了M $等级的总和，则可以计算Dimension $ D $的IHVP。 ，使用$ O（DM ^ 2）$预压制，$ O（DM）$代价计算IHVP，并查询逆Hessian的任何单个元素的费用$ O（m）$。第二算法针对优化设置，我们希望在反向Hessian之间计算产品，估计在优化步骤的滑动窗口和给定梯度方向上，根据预先说明的SGD所需的梯度方向。我们为计算IHVP和OHVP和O（DM + M ^ 3）$ of $ o（dm + m ^ 2）$提供算法，以便从滑动窗口添加或删除任何渐变。这两种算法产生最先进的结果，用于网络修剪和相对于现有二阶方法的计算开销的优化。在[9]和[17]可用实现。

Large-batch SGD is important for scaling training of deep neural networks. However, without fine-tuning hyperparameter schedules, the generalization of the model may be hampered. We propose to use batch augmentation: replicating instances of samples within the same batch with different data augmentations. Batch augmentation acts as a regularizer and an accelerator, increasing both generalization and performance scaling for a fixed budget of optimization steps. We analyze the effect of batch augmentation on gradient variance and show that it empirically improves convergence for a wide variety of networks and datasets. Our results show that batch augmentation reduces the number of necessary SGD updates to achieve the same accuracy as the state-of-the-art. Overall, this simple yet effective method enables faster training and better generalization by allowing more computational resources to be used concurrently. Large batch training of neural networksRecent approaches by [10], [8], [41] and others show that by adapting the optimization regime (i.e., hyperparameter schedule), large batch training can achieve equally good

过度分辨的神经网络概括井，但训练昂贵。理想情况下，人们希望减少其计算成本，同时保留其概括的益处。稀疏的模型培训是实现这一目标的简单和有希望的方法，但随着现有方法与准确性损失，慢速训练运行时的困难或困难，仍然存在挑战，仍然存在困难的挑战。核心问题是，在离散的一组稀疏矩阵上搜索稀疏性掩模是困难和昂贵的。为了解决此问题，我们的主要见解是通过具有称为蝴蝶矩阵产品的固定结构的固定结构来优化优化稀疏矩阵的连续超集。随着蝴蝶矩阵不是硬件效率，我们提出了简单的蝴蝶（块和平坦）的变体来利用现代硬件。我们的方法（像素化蝴蝶）使用基于扁平块蝴蝶和低秩矩阵的简单固定稀疏模式，以缩小大多数网络层（例如，注意，MLP）。我们经验验证了像素化蝴蝶比蝴蝶快3倍，加快培训，以实现有利的准确性效率权衡。在ImageNet分类和Wikitext-103语言建模任务中，我们的稀疏模型训练比致密的MLP - 混频器，视觉变压器和GPT-2媒体更快地训练高达2.5倍，没有精确下降。

神经架构的创新促进了语言建模和计算机视觉中的重大突破。不幸的是，如果网络参数未正确初始化，新颖的架构通常会导致挑战超参数选择和培训不稳定。已经提出了许多架构特定的初始化方案，但这些方案并不总是可移植到新体系结构。本文介绍了毕业，一种用于初始化神经网络的自动化和架构不可知论由方法。毕业基础是一个简单的启发式;调整每个网络层的规范，使得具有规定的超参数的SGD或ADAM的单个步骤导致可能的损耗值最小。通过在每个参数块前面引入标量乘数变量，然后使用简单的数字方案优化这些变量来完成此调整。 GradInit加速了许多卷积架构的收敛性和测试性能，无论是否有跳过连接，甚至没有归一化层。它还提高了机器翻译的原始变压器架构的稳定性，使得在广泛的学习速率和动量系数下使用ADAM或SGD来训练它而无需学习速率预热。代码可在https://github.com/zhuchen03/gradinit上获得。

重量衰减通常用于确保具有批归归量的深神经网络的训练实践中的良好概括（BN-DNNS），在该训练中，由于归一化，某些卷积层对于重量重新恢复是不变的。在本文中，我们证明了重量衰减的实际用法仍然存在一些未解决的问题，尽管现有的理论工作在解释BN-DNNS中体重衰减的影响方面。一方面，当非自适应学习率例如使用动量的SGD，即使在初始训练阶段，有效学习率也会继续增加，从而导致许多神经体系结构的过度拟合效果。另一方面，在SGDM和自适应学习率优化器中，例如亚当，体重衰减对概括的影响对超参数非常敏感。因此，找到最佳的重量衰减参数需要广泛的参数搜索。为了解决这些弱点，我们建议使用简单而有效的重量重新缩放（WRS）方案来规范重量规范，以替代体重衰减。 WRS通过将重量标准明确地重新定为单位规范来控制重量规范，从而防止梯度增加，但也确保了足够大的有效学习率以提高概括。在各种计算机视觉应用程序中，包括图像分类，对象检测，语义细分和人群计数，我们与重量衰减，隐含重量重新缩放（重量标准化）和梯度投影（ADAMP）相比，显示了WR的有效性和鲁棒性。

Unsupervised image representations have significantly reduced the gap with supervised pretraining, notably with the recent achievements of contrastive learning methods. These contrastive methods typically work online and rely on a large number of explicit pairwise feature comparisons, which is computationally challenging. In this paper, we propose an online algorithm, SwAV, that takes advantage of contrastive methods without requiring to compute pairwise comparisons. Specifically, our method simultaneously clusters the data while enforcing consistency between cluster assignments produced for different augmentations (or "views") of the same image, instead of comparing features directly as in contrastive learning. Simply put, we use a "swapped" prediction mechanism where we predict the code of a view from the representation of another view. Our method can be trained with large and small batches and can scale to unlimited amounts of data. Compared to previous contrastive methods, our method is more memory efficient since it does not require a large memory bank or a special momentum network. In addition, we also propose a new data augmentation strategy, multi-crop, that uses a mix of views with different resolutions in place of two full-resolution views, without increasing the memory or compute requirements. We validate our findings by achieving 75.3% top-1 accuracy on ImageNet with ResNet-50, as well as surpassing supervised pretraining on all the considered transfer tasks.

Vision transformer (ViT) models exhibit substandard optimizability. In particular, they are sensitive to the choice of optimizer (AdamW vs. SGD), optimizer hyperparameters, and training schedule length. In comparison, modern convolutional neural networks are easier to optimize. Why is this the case? In this work, we conjecture that the issue lies with the patchify stem of ViT models, which is implemented by a stride-p p×p convolution (p = 16 by default) applied to the input image. This large-kernel plus large-stride convolution runs counter to typical design choices of convolutional layers in neural networks. To test whether this atypical design choice causes an issue, we analyze the optimization behavior of ViT models with their original patchify stem versus a simple counterpart where we replace the ViT stem by a small number of stacked stride-two 3×3 convolutions. While the vast majority of computation in the two ViT designs is identical, we find that this small change in early visual processing results in markedly different training behavior in terms of the sensitivity to optimization settings as well as the final model accuracy. Using a convolutional stem in ViT dramatically increases optimization stability and also improves peak performance (by ∼1-2% top-1 accuracy on ImageNet-1k), while maintaining flops and runtime. The improvement can be observed across the wide spectrum of model complexities (from 1G to 36G flops) and dataset scales (from ImageNet-1k to ImageNet-21k). These findings lead us to recommend using a standard, lightweight convolutional stem for ViT models in this regime as a more robust architectural choice compared to the original ViT model design.

We report competitive results on object detection and instance segmentation on the COCO dataset using standard models trained from random initialization. The results are no worse than their ImageNet pre-training counterparts even when using the hyper-parameters of the baseline system (Mask R-CNN) that were optimized for fine-tuning pretrained models, with the sole exception of increasing the number of training iterations so the randomly initialized models may converge. Training from random initialization is surprisingly robust; our results hold even when: (i) using only 10% of the training data, (ii) for deeper and wider models, and (iii) for multiple tasks and metrics. Experiments show that ImageNet pre-training speeds up convergence early in training, but does not necessarily provide regularization or improve final target task accuracy. To push the envelope we demonstrate 50.9 AP on COCO object detection without using any external data-a result on par with the top COCO 2017 competition results that used ImageNet pre-training. These observations challenge the conventional wisdom of ImageNet pre-training for dependent tasks and we expect these discoveries will encourage people to rethink the current de facto paradigm of 'pretraining and fine-tuning' in computer vision.

视觉表示学习是解决各种视力问题的关键。依靠开创性的网格结构先验，卷积神经网络（CNN）已成为大多数深视觉模型的事实上的标准架构。例如，经典的语义分割方法通常采用带有编码器编码器体系结构的完全横向卷积网络（FCN）。编码器逐渐减少了空间分辨率，并通过更大的接受场来学习更多抽象的视觉概念。由于上下文建模对于分割至关重要，因此最新的努力一直集中在通过扩张（即极度）卷积或插入注意力模块来增加接受场。但是，基于FCN的体系结构保持不变。在本文中，我们旨在通过将视觉表示学习作为序列到序列预测任务来提供替代观点。具体而言，我们部署纯变压器以将图像编码为一系列贴片，而无需局部卷积和分辨率减少。通过在变压器的每一层中建立的全球环境，可以学习更强大的视觉表示形式，以更好地解决视力任务。特别是，我们的细分模型（称为分割变压器（SETR））在ADE20K上擅长（50.28％MIOU，这是提交当天测试排行榜中的第一个位置），Pascal环境（55.83％MIOU），并在CityScapes上达到竞争成果。此外，我们制定了一个分层局部全球（HLG）变压器的家族，其特征是窗户内的本地关注和跨窗户的全球性专注于层次结构和金字塔架构。广泛的实验表明，我们的方法在各种视觉识别任务（例如，图像分类，对象检测和实例分割和语义分割）上实现了吸引力的性能。