This work targets designing a principled and unified training-free framework for Neural Architecture Search (NAS), with high performance, low cost, and in-depth interpretation. NAS has been explosively studied to automate the discovery of top-performer neural networks, but suffers from heavy resource consumption and often incurs search bias due to truncated training or approximations. Recent NAS works start to explore indicators that can predict a network's performance without training. However, they either leveraged limited properties of deep networks, or the benefits of their training-free indicators are not applied to more extensive search methods. By rigorous correlation analysis, we present a unified framework to understand and accelerate NAS, by disentangling "TEG" characteristics of searched networks - Trainability, Expressivity, Generalization - all assessed in a training-free manner. The TEG indicators could be scaled up and integrated with various NAS search methods, including both supernet and single-path approaches. Extensive studies validate the effective and efficient guidance from our TEG-NAS framework, leading to both improved search accuracy and over 56% reduction in search time cost. Moreover, we visualize search trajectories on three landscapes of "TEG" characteristics, observing that while a good local minimum is easier to find on NAS-Bench-201 given its simple topology, balancing "TEG" characteristics is much harder on the DARTS search space due to its complex landscape geometry. Our code is available at https://github.com/VITA-Group/TEGNAS.

这项工作调查了神经架构搜索中的批量标准化（NAS）。具体来说，Frankle等人。发现培训Batchnorm只能实现非竞争性能。此外，陈等人。声称培训Batchnorm只能加快10次单次NAS超网关的培训。批判性地，没有努力理解1）为什么训练Batchnorm只能找到具有减少的超空网训练时间的表演井架构，而且2）列车-BN的超网和标准列车超空网之间有什么区别。我们首先显示列车-BN网络融合到神经切线内核制度，从理论上获得与所有参数的所有参数相同的训练动态。我们的证据支持索赔仅在超培训时间上训练Batchnorm。然后，我们经验披露了培训-BN的超标网络在其他运营商的卷曲中提供了优势，导致架构之间的不公平竞争。这是因为只有卷积运算符被附加到Batchnorm。通过实验，我们表明这种不公平性使得搜索算法容易选择具有卷积的模型。为了解决这个问题，我们通过在每个操作员上放置批处理层来引入搜索空间的公平性。然而，我们观察到Chen等人的性能预测因子。在新的搜索空间上不可应用。为此，我们提出了一种新颖的综合性能指标，从三个视角评估网络：源自Batchnorm的理论属性的表达性，培训和不确定性。我们展示了我们对多NAS基准的方法（NAS-BENCH101，NAS-BENCH-201）和搜索空间（飞镖搜索空间和MOBILENET搜索空间）的有效性。

虽然可分辨率的架构搜索（飞镖）已成为神经结构中的主流范例（NAS），因为其简单和效率，最近的作品发现，搜索架构的性能几乎可以随着飞镖的优化程序而增加，以及最终的大小由飞镖获得几乎无法表明运营的重要性。上述观察表明，飞镖中的监督信号可能是架构搜索的穷人或不可靠的指标，鼓励有趣和有趣的方向：我们可以衡量不可分辨率范式下的任何培训的运作重要性吗？我们通过在初始化问题的网络修剪中定制NAS提供肯定的答案。随着最近建议的突触突触效力标准在初始化的网络修剪中，我们寻求在没有任何培训的情况下将候选人行动中的候选人行动的重要性进行评分，并提出了一种名为“免费可分辨的架构搜索}（Freedarts）的小说框架” 。我们表明，没有任何培训，具有不同代理度量的自由路由器可以在不同的搜索空间中优于大多数NAS基线。更重要的是，Freedarts是非常内存的高效和计算效率，因为它放弃了架构搜索阶段的培训，使得能够在更灵活的空间上执行架构搜索并消除架构搜索和评估之间的深度间隙。我们希望我们的工作激励从初始化修剪的角度来激发解决NAS的尝试。

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。

近年来，可微弱的建筑搜索（飞镖）已经受到了大量的关注，主要是因为它通过重量分享和连续放松来显着降低计算成本。然而，更近期的作品发现现有的可分辨率NAS技术难以俯视幼稚基线，产生劣化架构作为搜索所需。本文通过将体系结构权重放入高斯分布，而不是直接优化架构参数，而不是直接优化架构参数，而是作为分布学习问题。通过利用自然梯度变分推理（NGVI），可以基于现有的码票来容易地优化架构分布而不会产生更多内存和计算消耗。我们展示了贝叶斯原则的可分解NAS如何益处，提高勘探和提高稳定性。 NAS-BENCH-201和NAS-BENCH-1SHOT1基准数据集的实验结果证实了所提出的框架可以制造的重要改进。此外，我们还在学习参数上只需简单地应用argmax，我们进一步利用了NAS中最近提出的无培训代理，从优化分布中汲取的组架构中选择最佳架构，从而实现最终的架构-ART在NAS-BENCH-201和NAS-BENCH-1SHOT1基准上的结果。我们在飞镖搜索空间中的最佳架构也会分别获得2.37 \％，15.72 \％和24.2 \％的竞争性测试错误，分别在Cifar-10，CiFar-100和Imagenet数据集上。

许多现有的神经结构搜索（NAS）解决方案依赖于架构评估的下游培训，这需要巨大的计算。考虑到这些计算带来了大量碳足迹，本文旨在探索绿色（即环保）NAS解决方案，可以在不培训的情况下评估架构。直观地，由架构本身引起的梯度，直接决定收敛和泛化结果。它激励我们提出梯度内核假设：梯度可以用作下游训练的粗粒粒度，以评估随机初始化网络。为了支持假设，我们进行理论分析，找到一个实用的梯度内核，与培训损失和验证性能有良好的相关性。根据这一假设，我们提出了一种新的基于内核的架构搜索方法knas。实验表明，KNA可实现比图像分类任务的“火车-TER-TEST”范式更快地实现竞争力。此外，极低的搜索成本使其具有广泛的应用。搜索网络还优于两个文本分类任务的强大基线Roberta-Light。代码可用于\ url {https://github.com/jingjing-nlp/knas}。

神经结构搜索（NAS）经常列车并评估大量架构。最近的基于预测的NAS方法尝试通过两个关键步骤来缓解这些重的计算成本：采样一些架构性能对并拟合代理精度预测器。然而，由于难以拟合庞大的搜索空间，所以这些预测变量远非准确地定位顶级架构。本文反映了一个简单而重要的问题：如果我们的最终目标是找到最好的建筑，我们真的需要融洽整个空间吗？我们提出了一种使用一个强预测器来拟合整个建筑空间的范式转变，以通过一组较弱的预测器逐渐地拟合朝向高性能子空间的搜索路径。作为弱预测因子的关键属性，它们的采样更好的架构的概率不断增加。因此，我们只示出了一些由以前学识到的预测器引导的少数好的架构，并估计一个新的更好的弱预测因素。这种令人尴尬的骨骼框架被称为缺点，产生粗略迭代，逐渐改进采样空间的排名。广泛的实验表明，在NAS-Bench-101和NAS-Bench-201上找到顶部性能架构的样本较少的缺点。与最先进的（SOTA）基于预测的NAS方法相比，缺点始终具有显着的边距，例如，需要至少7.5倍的样品来查找在NAS-Bench-101上的全局最优。缺点也可以吸收他们的想法，以提高性能。此外，缺点袭击了Imagenet MobileNet搜索空间中的81.3％的新SOTA结果。代码可在https://github.com/vita-group/weaknas获得。

神经体系结构搜索（NAS）的关键挑战是迅速推断了广泛的网络的预测性能，以发现统计准确和计算高效的网络。我们将此任务称为模型性能推断（MPI）。当前的有效MPI实践是基于梯度的方法，可利用网络初始化的梯度来推断其性能。但是，现有的基于梯度的方法仅依赖启发式指标，并且缺乏必要的理论基础来巩固其设计。我们提出了GradSign，一种准确，简单且灵活的指标，用于使用理论见解的模型性能推断。 GradSign背后的关键思想是一个数量{\ psi}，以分析单个训练样本粒度下不同网络的优化格局。从理论上讲，我们表明，在合理的假设下，网络的培训和真实的人口损失都由{\ psi}在相称的上限。此外，我们设计了GradSign，使用在随机初始化状态下评估的网络梯度对{\ psi}进行精确而简单的近似。对三个培训数据集的七个NAS基准进行评估表明，毕业生对现实世界的网络很好地推广，并且始终优于Spearman的{\ rho}和Kendall's Tau评估的基于最新的基于梯度的MPI。此外，我们将GradSign集成到四种现有的NAS算法中，并表明，通过将最佳发现网络的准确性提高高达0.3％，1.1％和1.0％，这三个现实世界任务的精确度提高了毕业生辅助的NAS算法的表现优于其香草。 。

Recent advances in neural architecture search (NAS) demand tremendous computational resources, which makes it difficult to reproduce experiments and imposes a barrier-to-entry to researchers without access to large-scale computation. We aim to ameliorate these problems by introducing NAS-Bench-101, the first public architecture dataset for NAS research. To build NAS-Bench-101, we carefully constructed a compact, yet expressive, search space, exploiting graph isomorphisms to identify 423k unique convolutional architectures. We trained and evaluated all of these architectures multiple times on CIFAR-10 and compiled the results into a large dataset of over 5 million trained models. This allows researchers to evaluate the quality of a diverse range of models in milliseconds by querying the precomputed dataset. We demonstrate its utility by analyzing the dataset as a whole and by benchmarking a range of architecture optimization algorithms.

Deep Learning has enabled remarkable progress over the last years on a variety of tasks, such as image recognition, speech recognition, and machine translation. One crucial aspect for this progress are novel neural architectures. Currently employed architectures have mostly been developed manually by human experts, which is a time-consuming and errorprone process. Because of this, there is growing interest in automated neural architecture search methods. We provide an overview of existing work in this field of research and categorize them according to three dimensions: search space, search strategy, and performance estimation strategy.

神经结构中的标准范例（NAS）是搜索具有特定操作和连接的完全确定性体系结构。在这项工作中，我们建议寻找最佳运行分布，从而提供了一种随机和近似解，可用于采样任意长度的架构。我们提出并显示，给定架构单元格，其性能主要取决于使用的操作的比率，而不是典型的搜索空间中的任何特定连接模式;也就是说，操作排序的小变化通常是无关紧要的。这种直觉与任何特定的搜索策略都具有正交，并且可以应用于多样化的NAS算法。通过对4数据集和4个NAS技术的广泛验证（贝叶斯优化，可分辨率搜索，本地搜索和随机搜索），我们表明操作分布（1）保持足够的辨别力来可靠地识别解决方案，并且（2）显着识别比传统的编码更容易优化，导致大量速度，几乎没有成本性能。实际上，这种简单的直觉显着降低了电流方法的成本，并可能使NAS用于更广泛的应用中。

神经体系结构搜索（NAS）的主要挑战之一是有效地对体系结构的性能进行排名。绩效排名者的主流评估使用排名相关性（例如，肯德尔的tau），这对整个空间都同样关注。但是，NAS的优化目标是识别顶级体系结构，同时对搜索空间中其他体系结构的关注更少。在本文中，我们从经验和理论上都表明，标准化的累积累积增益（NDCG）对于排名者来说是一个更好的指标。随后，我们提出了一种新算法Acenas，该算法直接通过Lambdarank优化NDCG。它还利用体重共享NAS产生的弱标签来预先培训排名，以便进一步降低搜索成本。对12个NAS基准和大规模搜索空间进行的广泛实验表明，我们的方法始终超过SOTA NAS方法，精度提高了3.67％，搜索成本降低了8倍。

神经体系结构搜索（NAS）最近在深度学习社区中变得越来越流行，主要是因为它可以提供一个机会，使感兴趣的用户没有丰富的专业知识，从而从深度神经网络（DNNS）的成功中受益。但是，NAS仍然很费力且耗时，因为在NAS的搜索过程中需要进行大量的性能估计，并且训练DNNS在计算上是密集的。为了解决NAS的主要局限性，提高NAS的效率对于NAS的设计至关重要。本文以简要介绍了NAS的一般框架。然后，系统地讨论了根据代理指标评估网络候选者的方法。接下来是对替代辅助NAS的描述，该NAS分为三个不同类别，即NAS的贝叶斯优化，NAS的替代辅助进化算法和NAS的MOP。最后，讨论了剩余的挑战和开放研究问题，并在这个新兴领域提出了有希望的研究主题。

在本文中，我们提出了一种基于沙普利价值的方法来评估用于神经体系结构搜索的操作贡献（Shapley-NAS）。可区分的体系结构搜索（DARTS）通过使用梯度下降优化体系结构参数来获取最佳体系结构，从而大大降低了搜索成本。但是，梯度下降更新的体系结构参数的幅度未能揭示对任务性能的实际操作重要性，因此损害了获得的体系结构的有效性。相比之下，我们建议评估操作对验证准确性的直接影响。为了处理超级核成分之间的复杂关系，我们通过考虑所有可能的组合来利用Shapley的价值来量化其边际贡献。具体而言，我们通过Shapley值评估操作贡献来迭代优化SuperNet权重，并更新体系结构参数，从而通过选择对任务贡献显着贡献的操作来得出最佳体系结构。由于Shapley值的确切计算是NP-HARD，因此采用了基于早期截断的蒙特卡洛抽样算法进行有效的近似，并且采用了动量更新机制来减轻采样过程的波动。在各种数据集和各种搜索空间上进行的广泛实验表明，我们的Shapley-NAS的表现优于最先进的方法，并具有相当大的利润，并具有轻盈的搜索成本。该代码可从https://github.com/euphoria16/shapley-nas.git获得

可区分的架构搜索（飞镖）大大促进了NAS技术的发展，因为其搜索效率很高，但遭受了性能崩溃的影响。在本文中，我们努力从两个方面减轻飞镖的性能崩溃问题。首先，我们研究了飞镖中超级网的表达能力，然后仅使用训练batchnorm来得出新的飞镖范式设置。其次，从理论上讲，随机特征稀释了跳过连接在超网优化中的辅助连接作用，并使搜索算法专注于更公平的操作选择，从而解决了性能崩溃问题。我们具有随机功能的实例化飞镖和PC-Darts，分别为每个命名的RF-Darts和RF-PCDART构建一个改进的版本。实验结果表明，RF-darts在CIFAR-10上获得\ TextBf {94.36 \％}测试精度（这是NAS Bench-201的最接近最佳结果），并实现了最新的最新最先进的TOP-1从CIFAR-10传输时，ImageNet上\ TextBf {24.0 \％}的测试错误。此外，RF-DARTS在三个数据集（CIFAR-10，CIFAR-100和SVHN）和四个搜索空间（S1-S4）上进行稳健性能。此外，RF-PCDARTS在Imagenet上取得了更好的结果，即\ textbf {23.9 \％} top-1和\ textbf {7.1 \％} top-5 top-5测试错误，超越了代表性的方法，例如单路径，训练免费， ，直接在Imagenet上搜索部分通道范例。

神经体系结构搜索（NAS）促进了神经体系结构的自动发现，从而实现了图像识别的最新精度。尽管NAS取得了进展，但到目前为止，NAS对理论保证几乎没有关注。在这项工作中，我们研究了NAS在统一框架下的概括属性，从而实现（深）层跳过连接搜索和激活功能搜索。为此，我们从搜索空间（包括混合的激活功能，完全连接和残留的神经网络）的（包括）有限宽度方向上得出了神经切线核的最小特征值的下（和上）边界。由于在统一框架下的各种体系结构和激活功能的耦合，我们的分析是不平凡的。然后，我们利用特征值边界在随机梯度下降训练中建立NAS的概括误差界。重要的是，我们从理论上和实验上展示了衍生结果如何指导NAS，即使在没有培训的情况下，即使在没有培训的情况下，也可以根据我们的理论进行无训练的算法。因此，我们的数值验证阐明了NAS计算有效方法的设计。

神经结构搜索（NAS）的成功受到过度计算要求的限制。虽然现代重量共享NAS方法，例如飞镖在单位数GPU天中可以完成搜索，但从共享权重中提取最终的最佳架构是众所周知的不可靠性。培训 - 速度估计（TSE），最近开发的普遍开发的普遍估计，以贝叶斯边缘似然解释的用来代替飞镖基于梯度优化的验证损失。这可以防止飞镖跳过连接崩溃，这显着提高了NASBench-201和原始飞镖搜索空间的性能。我们通过应用各种飞镖诊断来扩展这些结果，并显示不使用验证集产生的几种不寻常的行为。此外，我们的实验产生了在与操作选择相比，尽管通常在文献中受到有限的关注，但仍会产生对搜索性能的强烈影响的深度间隙和拓扑选择的具体示例。

We propose a new method for learning the structure of convolutional neural networks (CNNs) that is more efficient than recent state-of-the-art methods based on reinforcement learning and evolutionary algorithms. Our approach uses a sequential model-based optimization (SMBO) strategy, in which we search for structures in order of increasing complexity, while simultaneously learning a surrogate model to guide the search through structure space. Direct comparison under the same search space shows that our method is up to 5 times more efficient than the RL method of Zoph et al. (2018) in terms of number of models evaluated, and 8 times faster in terms of total compute. The structures we discover in this way achieve state of the art classification accuracies on CIFAR-10 and ImageNet.

在NAS领域中，可分构造的架构搜索是普遍存在的，因为它的简单性和效率，其中两个范例，多路径算法和单路径方法主导。多路径框架（例如，DARTS）是直观的，但遭受内存使用和培训崩溃。单路径方法（例如，e.g.gdas和proxylesnnas）减轻了内存问题并缩小了搜索和评估之间的差距，但牺牲了性能。在本文中，我们提出了一种概念上简单的且有效的方法来桥接这两个范式，称为相互意识的子图可差架构搜索（MSG-DAS）。我们框架的核心是一个可分辨动的Gumbel-Topk采样器，它产生多个互斥的单路径子图。为了缓解多个子图形设置所带来的Severer Skip-Connect问题，我们提出了一个Dropblock-Identity模块来稳定优化。为了充分利用可用的型号（超级网和子图），我们介绍了一种记忆高效的超净指导蒸馏，以改善培训。所提出的框架击中了灵活的内存使用和搜索质量之间的平衡。我们展示了我们在想象中和CIFAR10上的方法的有效性，其中搜索的模型显示了与最近的方法相当的性能。

神经体系结构搜索（NAS）可以自动为深神经网络（DNN）设计架构，并已成为当前机器学习社区中最热门的研究主题之一。但是，NAS通常在计算上很昂贵，因为在搜索过程中需要培训大量DNN。绩效预测因素可以通过直接预测DNN的性能来大大减轻NAS的过失成本。但是，构建令人满意的性能预测能力很大程度上取决于足够的训练有素的DNN体系结构，在大多数情况下很难获得。为了解决这个关键问题，我们在本文中提出了一种名为Giaug的有效的DNN体系结构增强方法。具体而言，我们首先提出了一种基于图同构的机制，其优点是有效地生成$ \ boldsymbol n $（即$ \ boldsymbol n！$）的阶乘，对具有$ \ boldsymbol n $ n $ n $ n $ \ boldsymbol n $的单个体系结构进行了带注释的体系结构节点。此外，我们还设计了一种通用方法，将体系结构编码为适合大多数预测模型的形式。结果，可以通过各种基于性能预测因子的NAS算法灵活地利用Giaug。我们在中小型，中，大规模搜索空间上对CIFAR-10和Imagenet基准数据集进行了广泛的实验。实验表明，Giaug可以显着提高大多数最先进的同伴预测因子的性能。此外，与最先进的NAS算法相比，Giaug最多可以在ImageNet上节省三级计算成本。