【干貨】新手煉丹經(jīng)驗總結(jié)

煉丹入坑三年多，來總結(jié)一些經(jīng)驗，本文旨在幫助小白少走彎路，大佬輕噴：

本文源于一個舊回答：你有哪些deep learning（rnn、cnn）調(diào)參的經(jīng)驗？（https://www.zhihu.com/question/41631631/answer/859040970）我的工作可以參見 我的 Github（https://github.com/hzwer），一股濃濃調(diào)參風(fēng)，所以感覺能來說點小經(jīng)驗。另，曠視研究院目前在春招實習(xí)生，歡迎大家投遞。

1.  準備工作

大部分情況下，我們的工作應(yīng)該站在巨人的肩膀上，切忌空中樓閣和徒手造輪子。在實踐中建議琢磨以下兩問：a. 目前的問題是否可能用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)？b. 是否有人做過類似的工作？

a. 即使有數(shù)據(jù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不是萬能求解器。在視覺任務(wù)中的經(jīng)驗規(guī)律是，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的水平普遍高于普通人，弱于專家。理解“不能被神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)”的任務(wù)比較困難，通?？梢园褑栴}做分解和規(guī)約。舉例，因為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以做圖片一千類別分類，那么訓(xùn)練分類器分類一個人有沒有戴口罩很可行；因為讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生成一張高分辨率圖片比較難，所以讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)端到端生成抖音短視頻會非常難。

b. 最令人心態(tài)崩潰的事情有：開始寫了一半論文才發(fā)現(xiàn)別人早就發(fā)表過了；搞了個把月的項目，不如人家 git clone 下來一鍵生成水平。通過文獻調(diào)研和 paperswithcode，可以避免這類問題發(fā)生。有一個高的起點非常重要，做學(xué)校的課程項目時，同學(xué)們往往喜歡用一個很差的基準，跑一些不強的對比實驗，但正經(jīng)的研究工作，往往要從一個很強的基準開始著手改進。盡量不要在玩具級別的數(shù)據(jù)集或任務(wù)上做研究，比如 MNIST（有少數(shù)例外）。

2. 煉丹方法論

以下總結(jié)了這幾年對我影響較大的幾個方法論。a. 可復(fù)現(xiàn)性。b. 高效實驗。c. 防呆實驗。

a. 有的朋友在煉丹的時候從頭到尾只維護若干份代碼，每次載入前一次的訓(xùn)練參數(shù)，改一下代碼再煉，俗稱 老丹 。這樣會有很多問題：某次引入一個 bug，過了很久才發(fā)現(xiàn)，不知道影響范圍；得到一個好模型，但是沒人知道它是怎么來的；忘了自己的 baseline 長什么樣，不知道改動是正向還是負向。

我們要盡可能確保每一個模型有可復(fù)現(xiàn)性，實踐上建議固定隨機種子，且不在訓(xùn)練過程中再改動訓(xùn)練代碼。訓(xùn)練新的模型時，把舊的代碼復(fù)制一遍。得到的實驗結(jié)果要開個文檔記下來以便日后總結(jié)，避免遺忘。后續(xù)總結(jié)回顧實驗記錄，往往能獲得靈感。

b. 不是每一個實驗都要出一個好模型， 實驗是為了驗證結(jié)論的 。如果每個實驗都要 8 張卡跑兩個星期，人力物力都耗不起。盡力把實驗控制在單卡一天以內(nèi)，理想狀態(tài)是半天得一次結(jié)論。理論上來說，水多加面面多加水（加數(shù)據(jù)加計算量）的做法無限漲點。建議先設(shè)一個目標，比如說就是在半天的訓(xùn)練時間下做對比實驗。等到實驗比較成熟以后再做大實驗。

我的實踐經(jīng)驗是，優(yōu)先選用小骨干網(wǎng)絡(luò) + 更小的輸入，直到消除了大部分 bugs；用 cProfile 來找找性能瓶頸（訓(xùn)練工程寫的不夠好時，常常有一大半時間耗費數(shù)據(jù)傳輸，我曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)某個工程數(shù)據(jù)處理中一大半時間在調(diào)用 numpy 的 round 函數(shù)，還有某個工程大部分的時間開銷在線程鎖上），解決這些問題能讓之后工作事半功倍。

c. 介紹幾種經(jīng)典的防呆實驗。首先可以只擬合一張圖片或者若干張圖片來觀察視覺效果，看看能不能正常過擬合。還可以把標簽直接喂進網(wǎng)絡(luò)中，看看網(wǎng)絡(luò)是否能夠快速學(xué)到 trivial 解。在訓(xùn)練過程中繪制訓(xùn)練集和驗證集的損失函數(shù)曲線，看是否有合理的 gap。

3. 實戰(zhàn)小技巧

不迷信調(diào)參，如果發(fā)現(xiàn)一個模型對各種超參數(shù)都非常敏感，每天在各種組合上試的不亦樂乎，通常是有地方出了問題，包括測試腳本寫錯，任務(wù)定義不合理，數(shù)據(jù)太臟等。舉個例子，以前大家會非常注意一些細節(jié)，比如模型初始化，輸入歸一化等，原因是當(dāng)時各種框架和算法實現(xiàn)不成熟?，F(xiàn)在的框架通常在這些細節(jié)上都默認是比較魯棒的設(shè)置，不建議特別關(guān)注。

我個人的經(jīng)驗是，優(yōu)化器用 AdamW（少數(shù)地方用 SGD with Momentum），學(xué)習(xí)率推薦 cosine learning rate，初始值選 3e-4（SGD 可以選 0.1)，激活函數(shù)選 PReLU。Batchsize 取 64，盡量用多卡，如果用 torch 的話記得用 DistributedDataParallel。用上這些基本不出錯，唯一比較玄學(xué)的是 BatchNormalization，有的任務(wù)上用了就是會變差（比如超分辨率，光流估計），有的任務(wù)不用 BatchNormalization 就是不好調(diào)。不要迷信公眾號的“即插即用”方法，各種魔改優(yōu)化器、激活函數(shù)、魔幻注意力不建議碰（除非研究這個），盡量用大量研究者驗證過的方法。

如果感覺模型依然有 bugs，建議檢查以下幾條。a. 檢查模型是否正確開關(guān)了 eval 和 train 模式。b. 檢查模型每個模塊的輸入輸出范圍是否符合預(yù)期。c. 可視化帶增廣的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，看看是否符合預(yù)期（順便提一下 imgaug，這個開源庫用來做數(shù)據(jù)增廣性能很好，不容易踩坑）。

祝讀到這里的各位模型漲點！

參考文獻

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