Label Smoothing分析
極市導(dǎo)讀
?Label Smoothing在圖像識別中能穩(wěn)定漲點，但在人臉的loss里加上Label Smoothing卻是掉點的，本文作者詳細分析了該方法的問題，Label Smoothing起到的作用實際上是抑制了feature norm，此時只能控制角度，起到反向優(yōu)化的作用，因此在人臉loss上加Label Smoothing效果會變差。?>>加入極市CV技術(shù)交流群，走在計算機視覺的最前沿
有挺多人問過我一個問題：Label Smoothing在圖像識別中能穩(wěn)定漲點，在人臉的loss里加上Label Smoothing是否有用呢？
我挺早之前就注意到了這件事，當(dāng)時也做了實驗，發(fā)現(xiàn)直接應(yīng)用在人臉相關(guān)的loss上，是掉點的。其實DL發(fā)展到現(xiàn)在，可以說如果你想到了一個非常簡單的排列組合式idea，而經(jīng)過survey沒見過別人這么做，那大概率這個方法是不work的...
但這事到這當(dāng)然不算完，我們得分析一下它為啥不work。
要引出Label Smoothing，首先我們要知道，Softmax Cross Entropy不僅可以做分類任務(wù)（目標(biāo)為one-hot label），還可以做回歸任務(wù)（目標(biāo)為soft label）。設(shè)網(wǎng)絡(luò)輸出的softmax prob為p，soft label為q，那Softmax Cross Entropy定義為：
而Label Smoothing雖然仍是做分類任務(wù)，但其目標(biāo)q從one-hot label變?yōu)閟oft label了，原來是1的位置變?yōu)?
?，其他的原來是0的位置變?yōu)?
?,?
?通常取0.1。
假設(shè)一個6分類任務(wù)，之前的?
?就變成了?
?,直觀上看，這個目標(biāo)還是很奇怪的，如果一個樣本網(wǎng)絡(luò)非常確認其類別，給了個0.99的置信度，難道經(jīng)過Label Smoothing，還要反向優(yōu)化不成？
這個問題其實在概率層面上是沒法解釋的，從概率上看，確實會有發(fā)生反向優(yōu)化的情況，但為什么這樣可以漲點呢？
看看Hinton組對Label Smoothing的分析文章[1]，里面有一張圖比較有意思：
熟悉人臉識別loss的人會發(fā)現(xiàn)，這個Label Smoothing得到的特征分布，怎么跟人臉loss的效果這么像？竟然都可以起到讓每個類別的樣本聚攏的效果。
而少數(shù)細心的朋友可能會發(fā)現(xiàn)這里的玄機：不做Label Smoothing（標(biāo)注為w/o LS)的feature norm，普遍比做了LS（標(biāo)注為w/ LS）的要大很多！w/o LS時最大可以達到1.6，而w/ LS時只有0.4。
回顧之前的文章，減小feature norm實際上等效于降低s，較低的s會使softmax prob的最大值降低，如下圖所示（來自于zhuanlan.zhihu.com/p/52?）：
?后，我們只會用到sigmoid曲線上中間的一段，平緩的區(qū)域基本上不存在了，樣本的移動幾乎永不終止，因此特征會比不加LS更加聚攏。
?，loss曲面上不再存在平緩區(qū)域，處處都有較大的梯度指向各個類中心，所以特征會更加聚攏。而之所以人臉上不work，是因為我們通常會使用固定的s，此時Label Smoothing無法控制feature norm，只能控制角度，就會起到反向優(yōu)化的作用，因此在人臉loss上加Label Smoothing效果會變差。參考
When Does Label Smoothing Help??https://arxiv.org/pdf/1906.02629.pdf
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