EasyDL上線百度超大規(guī)模預(yù)訓(xùn)練模型，模型效果顯著提升

在深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域，有一個(gè)名詞正在被越來越地關(guān)注：遷移學(xué)習(xí)。它相比效果表現(xiàn)好的監(jiān)督學(xué)習(xí)來說，可以減去大量的枯燥標(biāo)注過程，簡單來說就是在大數(shù)據(jù)集訓(xùn)練的預(yù)訓(xùn)練模型上進(jìn)行小數(shù)據(jù)集的遷移，以獲得對新數(shù)據(jù)較好的識別效果，因其能夠大量節(jié)約新模型開發(fā)的成本，在實(shí)際應(yīng)用中被更廣泛地關(guān)注。EasyDL 專業(yè)版在最新上線的版本中，就引入了百度超大規(guī)模視覺預(yù)訓(xùn)練模型，結(jié)合遷移學(xué)習(xí)工具，幫助開發(fā)者使用少量數(shù)據(jù)，快速定制高精度 AI 模型。

在訓(xùn)練一個(gè)深度學(xué)習(xí)模型時(shí)，通常需要大量的數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)的采集、標(biāo)注等數(shù)據(jù)準(zhǔn)備過程會耗費(fèi)大量的人力、金錢和時(shí)間成本。為解決此問題，我們可以使用預(yù)訓(xùn)練模型。以預(yù)訓(xùn)練模型 A 作為起點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行重新調(diào)優(yōu)，利用預(yù)訓(xùn)練模型及它學(xué)習(xí)的知識來提高其執(zhí)行另一項(xiàng)任務(wù) B 的能力，簡單來說就是在大數(shù)據(jù)集訓(xùn)練的預(yù)訓(xùn)練模型上進(jìn)行小數(shù)據(jù)集的遷移，以獲得對新數(shù)據(jù)較好的識別效果，這就是遷移學(xué)習(xí)（Transfer Learning）。

遷移學(xué)習(xí)作為一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法，廣泛應(yīng)用于各類深度學(xué)習(xí)任務(wù)中。在具體實(shí)現(xiàn)遷移學(xué)習(xí)時(shí)，有多種深度網(wǎng)絡(luò)遷移方法，其中的 Fine-tune（微調(diào)）是最簡單的一種深度網(wǎng)絡(luò)遷移方法，它主要是將已訓(xùn)練好的模型參數(shù)遷移到新的模型來幫助新模型訓(xùn)練。

針對一個(gè)具體的模型開發(fā)任務(wù)，我們通常會選擇在公開的大數(shù)據(jù)集上訓(xùn)練收斂、且效果較好的模型，作為預(yù)訓(xùn)練權(quán)重，在此基礎(chǔ)上使用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行 Fine-tune。在 Fine-tune 時(shí)，默認(rèn)源域（預(yù)訓(xùn)練模型）、目標(biāo)域數(shù)據(jù)集（用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集）需要具有較強(qiáng)相關(guān)性，即數(shù)據(jù)同分布，這樣我們才能利用預(yù)訓(xùn)練模型的大量知識儲備，快速高效地訓(xùn)練出針對特定業(yè)務(wù)場景并具有優(yōu)秀效果的模型。

但在實(shí)際應(yīng)用場景中，很多用戶會面臨數(shù)據(jù)集與源數(shù)據(jù)集分布不同的問題。比如，預(yù)訓(xùn)練模型的數(shù)據(jù)都是自然風(fēng)景，但用戶的數(shù)據(jù)集都是動漫人物。類似這種源數(shù)據(jù)集和目標(biāo)數(shù)據(jù)差別較大的問題，在具體應(yīng)用中較易導(dǎo)致負(fù)向遷移，具體表現(xiàn)為訓(xùn)練收斂慢，模型效果差等。

因此，一個(gè)包含各類場景、覆蓋用戶各類需求的超大規(guī)模數(shù)據(jù)集就十分重要，通過這個(gè)包羅萬象的超大規(guī)模數(shù)據(jù)集訓(xùn)練所得的模型，才能夠更好地適應(yīng)來自各行各業(yè)用戶的需求，更好地 Fine-tune 用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集，幫助用戶在自己的數(shù)據(jù)集上得到效果更好的模型。

百度超大規(guī)模預(yù)訓(xùn)練模型便在此背景下產(chǎn)生，覆蓋自然語言處理和視覺兩大方向。

在自然語言處理方向，百度自研了業(yè)界效果最好的預(yù)訓(xùn)練模型 ERNIE，開創(chuàng)性地將大數(shù)據(jù)預(yù)訓(xùn)練與多源豐富知識相結(jié)合，持續(xù)學(xué)習(xí)海量數(shù)據(jù)中的知識，將機(jī)器語義理解水平提升到一個(gè)新的高度。ERNIE 在中英文的16個(gè)任務(wù)上已經(jīng)超越了業(yè)界最好模型，全面適用于各類 NLP 應(yīng)用場景。目前，EasyDL 專業(yè)版已預(yù)置了領(lǐng)先的預(yù)訓(xùn)練模型 ERNIE2.0，并配套了多種 NLP 經(jīng)典算法網(wǎng)絡(luò)，支持了文本分類、短文本匹配和序列標(biāo)注等典型文本處理任務(wù)。
視覺方向，百度自研超大規(guī)模視覺預(yù)訓(xùn)練模型覆蓋圖像分類與物體檢測兩個(gè)方向。圖像分類的預(yù)訓(xùn)練模型，用海量互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，包括10萬+的物體類別，6500萬的超大規(guī)模圖像數(shù)量，進(jìn)行大規(guī)模訓(xùn)練所得，適應(yīng)于各類圖像分類場景；物體檢測的預(yù)訓(xùn)練模型，用800+的類別，170萬張圖片以及1000萬+物體框的數(shù)據(jù)集，進(jìn)行大規(guī)模訓(xùn)練所得，適應(yīng)于各類物體檢測應(yīng)用場景。相對于普通使用公開數(shù)據(jù)集訓(xùn)練的預(yù)訓(xùn)練模型，在各類數(shù)據(jù)集上都有不同程度效果提升，模型效果和泛化性都有顯著提升。

• 以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集均來自不同行業(yè)

圖像分類

在圖像分類模型中，使用百度超大規(guī)模預(yù)訓(xùn)練模型的 Resnet50_vd 相比普通模型在各類數(shù)據(jù)集上平均提升12.76%，使用百度超大規(guī)模預(yù)訓(xùn)練模型的 Resnet101_vd，相比于普通預(yù)訓(xùn)練模型，平均提升13.03%，使用百度超大規(guī)模預(yù)訓(xùn)練模型的 MobilenetV3_large_1x，相比于普通預(yù)訓(xùn)練模型，平均提升8.04%。

并且，在圖像分類方向，還新增了11個(gè)模型，包括：EffcientNetB0_small，EfficientNetB4，MobileNetV3_large_x1_0，ResNet18_vd， ResNeXt101_32x16d_wsl， Res2Net101_vd_26w_4s， SE_ResNet18_vd， Xception71，還有基于百度超大規(guī)模預(yù)訓(xùn)練模型訓(xùn)練出來的 ResNet50_vd，ResNet101_vd 和 MobileNetV3_large_x1_0，其中比較特殊的幾個(gè)模型，EffcientNetB0_small 是去掉 SE 模塊的 EffcientNetB0，在保證精度變化不大的同時(shí)，大幅提升訓(xùn)練和推理速度，ResNeXt101_32x16d_wsl 是基于超大量圖片的弱監(jiān)督預(yù)訓(xùn)練模型，準(zhǔn)確率高，但預(yù)測時(shí)間相對增加，Res2Net101_vd_26w_4s 則是在單個(gè)殘差塊內(nèi)進(jìn)一步構(gòu)造了分層的殘差類連接，比 ResNet101 準(zhǔn)確度更高。

新增的分類模型的推理時(shí)間、效果，以及支持的部署方式如下表所示：

注：以上模型均基于 ImageNet1k 分類數(shù)據(jù)集訓(xùn)練和測試
更多預(yù)置模型，參見 EasyDL 官網(wǎng)
https://ai.baidu.com/ai-doc/E...
更多模型效果，參見 PaddleClas
https://paddleclas.readthedoc...
并且，為了進(jìn)一步提升圖像分類模型的模型效果，在訓(xùn)練層面，圖像分類新增了 mix_up 和 label_smoothing 功能，可以在單標(biāo)簽分類任務(wù)中，根據(jù)模型的訓(xùn)練情況選擇開啟或者關(guān)閉。

mix_up 是一種數(shù)據(jù)增強(qiáng)方式，它從訓(xùn)練樣本中隨機(jī)抽取了兩個(gè)樣本進(jìn)行簡單的隨機(jī)加權(quán)求和，并保存這個(gè)權(quán)重，同時(shí)樣本的標(biāo)簽也對應(yīng)地用相同的權(quán)重加權(quán)求和，然后預(yù)測結(jié)果與加權(quán)求和之后的標(biāo)簽求損失，通過混合不同樣本的特征，能夠減少模型對錯(cuò)誤標(biāo)簽的記憶力，增強(qiáng)模型的泛化能力。

Label_smoothing 是一種正則化的方法，增加了類間的距離，減少了類內(nèi)的距離，避免模型對預(yù)測結(jié)果過于 confident 而導(dǎo)致對真實(shí)情況的預(yù)測偏移，一定程度上緩解由于 label 不夠 soft 導(dǎo)致過擬合的問題。

物體檢測

在物體檢測模型中，使用百度超大規(guī)模預(yù)訓(xùn)練模型的 YOLOv3_DarkNet 相比普通模型在各類數(shù)據(jù)集上平均提升4.53%，使用百度超大規(guī)模預(yù)訓(xùn)練模型的 Faster_RCNN，相比于普通預(yù)訓(xùn)練模型，平均提升1.39%。

并且，在物體檢測方向，新增了 Cascade_Rcnn_ResNet50_FPN、YOLOv3_ResNet50vd_DCN、YOLOv3_MobileNetv1 網(wǎng)絡(luò)，以及基于百度超大規(guī)模預(yù)訓(xùn)練模型訓(xùn)練出來的 YOLOv3_Darknet、Faster_R-CNN_ResNet50_FPN，其中，Cascade_Rcnn_ResNet50_FPN 通過級聯(lián)多個(gè)檢測器以及設(shè)置不同 IOU 的重采樣機(jī)制，使得檢測器的精度、和定位的準(zhǔn)確度進(jìn)一步提升。

此外，針對用戶的需求，新增兩種 YOLOv3 的變種模型，其中，YOLOv3_MobileNetv1 是將原來的 YOLOv3 骨架網(wǎng)絡(luò)替換為 MobileNetV1，相比 YOLOv3_DarkNet，新模型在 GPU 上的推理速度提升約73%。而 YOLOv3_ResNet50vd_DCN 是將骨架網(wǎng)絡(luò)更換為 ResNet50-VD，相比原生的 DarkNet53 網(wǎng)絡(luò)在速度和精度上都有一定的優(yōu)勢，在保證 GPU 推理速度基本不變的情況下，提升了1%的模型效果，同時(shí)，因增加了可形變卷積，對不規(guī)則物體的檢測效果也有一定的正向提升。

各檢測模型的效果，以及支持的部署方式如下表所示：

注：以上模型均基于 COCO17 數(shù)據(jù)集訓(xùn)練和測試
更多預(yù)置模型，參見 EasyDL 官網(wǎng)
https://ai.baidu.com/ai-doc/E...
更多模型效果，參見 PaddleDetection
https://github.com/PaddlePadd...
各模型的推理時(shí)間如下表所示：

注：以上模型均基于 coco17 訓(xùn)練所得
更多模型速度詳情，參見 PaddleDetection
https://github.com/PaddlePadd...
百度超大規(guī)模視覺預(yù)訓(xùn)練模型對比公開數(shù)據(jù)集訓(xùn)練的預(yù)訓(xùn)練模型，效果提升明顯，目前這些模型已經(jīng)預(yù)置在 EasyDL 專業(yè)版中正式發(fā)布。EasyDL 專業(yè)版是面向?qū)I(yè)算法工程師群體專門推出的 AI 模型開發(fā)與服務(wù)平臺。支持視覺及自然語言處理兩大技術(shù)方向，可靈活支持腳本調(diào)參及 Notebook 兩類開發(fā)方式，預(yù)置了幾十種經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)和百度海量數(shù)據(jù)訓(xùn)練的預(yù)訓(xùn)練模型，模型效果在業(yè)界保持領(lǐng)先，同時(shí)支持公有云/私有化/設(shè)備端等靈活的部署方案，開發(fā)效率高、訓(xùn)練速度快，同時(shí)設(shè)備端輕量級部署和加速方案使得顯存占用更少，預(yù)測速度更快。

開發(fā)者可以搜索進(jìn)入 EasyDL 平臺，選擇專業(yè)版，選擇【新建任務(wù)】-【配置任務(wù)】-【選擇預(yù)訓(xùn)練模型】處選擇【百度超大規(guī)模數(shù)據(jù)集 通用分類預(yù)訓(xùn)練模型】

零門檻 AI 開發(fā)平臺 EasyDL，面向 AI 開發(fā)全流程提供靈活易用的一站式平臺方案。包含了 AI 開發(fā)過程中的三大流程：數(shù)據(jù)服務(wù)、訓(xùn)練與開發(fā)、模型部署。

在數(shù)據(jù)服務(wù)上，剛剛上線的 EasyData 智能數(shù)據(jù)服務(wù)平臺覆蓋了數(shù)據(jù)采集、管理、清洗、標(biāo)注、安全，并支持接入 EasyDL 進(jìn)行訓(xùn)練，在模型訓(xùn)練部署之后，在云服務(wù)授權(quán)的前提下完成數(shù)據(jù)回流，針對性地進(jìn)行難例挖掘，獲得更有助于模型效果提升的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

EasyData 是業(yè)內(nèi)首家推出了軟硬一體、端云協(xié)同自動數(shù)據(jù)采集方案的平臺，有離線視頻數(shù)據(jù)采集的用戶，可以下載 EasyData 的數(shù)據(jù)采集 SDK，通過定時(shí)拍照、視頻抽幀等方式，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)到云端進(jìn)行處理。

在訓(xùn)練與開發(fā)上，除了剛剛提到的大規(guī)模預(yù)訓(xùn)練模型來提升模型性能，EasyDL 還采用了 AutoDL 自動搜索最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)及超參數(shù)，以及自動數(shù)據(jù)增強(qiáng)、自動超參搜索來增加數(shù)據(jù)量和多樣性、分布式訓(xùn)練加速等豐富的訓(xùn)練機(jī)制提升模型的訓(xùn)練速度。

在模型部署上，EasyDL 提供端云協(xié)同的多種靈活部署方式，包括公有云 API、設(shè)備端 SDK、本地服務(wù)器部署、軟硬一體產(chǎn)品。值得關(guān)注的是，在 EasyDL 軟硬一體產(chǎn)品矩陣方案中，提供了六款軟硬一體方案，覆蓋超高性能，高性能和低成本小功耗三種不同形態(tài)，滿足開發(fā)者的各類業(yè)務(wù)需求，已經(jīng)在幾十個(gè)行業(yè)上百個(gè)場景中落地應(yīng)用。

點(diǎn)擊鏈接進(jìn)入 EasyDL 專業(yè)版，感受預(yù)訓(xùn)練模型的強(qiáng)大效果吧！

審核編輯：符乾江