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Yann LeCun:ViT慢且效率低,实时图像处理还得看卷积

用卷积能做出一样好的效果。

在 Transformer 大一统的时代,计算机视觉的 CNN 方向还有研究的必要吗?

今年年初,OpenAI 视频大模型 Sora 带火了 Vision Transformer(ViT)架构。此后,关于 ViT 与传统卷积神经网络(CNN)谁更厉害的争论就没有断过。

近日,一直在社交媒体上活跃的图灵奖得主、Meta 首席科学家 Yann LeCun 也加入了 ViT 与 CNN 之争的讨论。

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这件事的起因是 Comma.ai 的 CTO Harald Schäfer 在展示自家最新研究。他(像最近很多 AI 学者一样)cue 了 Yann LeCun 表示,虽然图灵奖大佬认为纯 ViT 并不实用,但我们最近把自己的压缩器改成了纯 ViT,没有卷积,需要更长时间的训练,但是效果非常不错。

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                                比如左图,被压缩到了只有 224 字节,右边是原始图像。

只有 14×128,这对自动驾驶用的世界模型来说作用很大,意味着可以输入大量数据用于训练。在虚拟环境中训练相比真实环境成本更低,在这里 Agent 需要根据策略进行训练才能正常工作。虽然训练更高的分辨率效果会更好,但模拟器就会变得速度很慢,因此目前压缩是必须的。

他的展示引发了 AI 圈的讨论,1X 人工智能副总裁 Eric Jang 回复道,是惊人的结果。

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                           Harald 继续夸赞 ViT:这是非常美丽的架构。

此处有人就开始拱火了:大师如 LeCun,有时也无法赶上创新的步伐。

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不过,Yann LeCun 很快回复辩驳称,他并不是说 ViT 不实用,现在大家都在使用它。他想表达的是,ViT 太慢、效率太低,导致不适合实时处理高分辨率图像和视频任务。

Yann LeCun 还 Cue 了纽约大学助理教授谢赛宁,后者参与的工作 ConvNext 证明了如果方法得当,CNN 也能和 ViT 一样好。

他接下来表示,在坚持自注意力循环之前,你至少需要几个具有池化和步幅的卷积层。

如果自注意力等同于排列(permutation),则完全对低级别图像或视频处理没有意义,在前端使用单个步幅进行修补(patchify)也没有意义。此外由于图像或视频中的相关性高度集中在局部,因而全局注意力也没有意义且不可扩展。

在更高级别上,一旦特征表征了对象,那么使用自注意力循环就有意义了:重要的是对象之间的关系和交互,而非它们的位置。这种混合架构是由 Meta 研究科学家 Nicolas Carion 及合著者完成的 DETR 系统开创的。

自 DETR 工作出现以后,Yann LeCun 表示自己最喜欢的架构是低级别的卷积 / 步幅 / 池化,以及高级别的自注意力循环。

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Yann LeCun 在第二个帖子里总结到:在低级别使用带有步幅或池化的卷积,在高级别使用自注意力循环,并使用特征向量来表征对象。

他还打赌到,特斯拉全自动驾驶(FSD)在低级别使用卷积(或者更复杂的局部运算符),并在更高级别结合更多全局循环(可能使用自注意力)。因此,低级别 patch 嵌入上使用 Transformer 完全一种浪费。

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                               我猜死对头马斯克还是用的卷积路线。

谢赛宁也发表了自己的看法,他认为 ViT 非常适合 224x224 的低分辨率图像,但如果图像分辨率达到了 100 万 x100 万,该怎么办呢?这时要么使用卷积,要么使用共享权重对 ViT 进行修补和处理,这在本质上还是卷积。

因此,谢赛宁表示,有那么一刻自己意识到卷积网络不是一种架构,而是一种思维方式。

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这一观点得到了 Yann LeCun 的认可。

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谷歌 DeepMind 研究者 Lucas Beyer 也表示,得益于常规卷积网络的零填充,自己很确定「卷积 ViT」(而不是 ViT + 卷积)会工作得很好。

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可以预见,这场 ViT 与 CNN 之间的争论还将继续下去,直到未来另一种更强大架构的出现。

产业CNNVision Transformer
相关数据
DeepMind机构

DeepMind是一家英国的人工智能公司。公司创建于2010年,最初名称是DeepMind科技(DeepMind Technologies Limited),在2014年被谷歌收购。在2010年由杰米斯·哈萨比斯,谢恩·列格和穆斯塔法·苏莱曼成立创业公司。继AlphaGo之后,Google DeepMind首席执行官杰米斯·哈萨比斯表示将研究用人工智能与人类玩其他游戏,例如即时战略游戏《星际争霸II》(StarCraft II)。深度AI如果能直接使用在其他各种不同领域,除了未来能玩不同的游戏外,例如自动驾驶、投资顾问、音乐评论、甚至司法判决等等目前需要人脑才能处理的工作,基本上也可以直接使用相同的神经网上去学而习得与人类相同的思考力。

https://deepmind.com/
池化技术

池化(Pooling)是卷积神经网络中的一个重要的概念,它实际上是一种形式的降采样。有多种不同形式的非线性池化函数,而其中“最大池化(Max pooling)”是最为常见的。它是将输入的图像划分为若干个矩形区域,对每个子区域输出最大值。直觉上,这种机制能够有效的原因在于,在发现一个特征之后,它的精确位置远不及它和其他特征的相对位置的关系重要。池化层会不断地减小数据的空间大小,因此参数的数量和计算量也会下降,这在一定程度上也控制了过拟合。通常来说,CNN的卷积层之间都会周期性地插入池化层。

权重技术

线性模型中特征的系数,或深度网络中的边。训练线性模型的目标是确定每个特征的理想权重。如果权重为 0,则相应的特征对模型来说没有任何贡献。

自注意力技术

自注意力(Self-attention),有时也称为内部注意力,它是一种涉及单序列不同位置的注意力机制,并能计算序列的表征。自注意力在多种任务中都有非常成功的应用,例如阅读理解、摘要概括、文字蕴含和语句表征等。自注意力这种在序列内部执行 Attention 的方法可以视为搜索序列内部的隐藏关系,这种内部关系对于翻译以及序列任务的性能非常重要。

人工智能技术

在学术研究领域,人工智能通常指能够感知周围环境并采取行动以实现最优的可能结果的智能体(intelligent agent)

计算机视觉技术

计算机视觉(CV)是指机器感知环境的能力。这一技术类别中的经典任务有图像形成、图像处理、图像提取和图像的三维推理。目标识别和面部识别也是很重要的研究领域。

卷积神经网络技术

卷积神经网路(Convolutional Neural Network, CNN)是一种前馈神经网络,它的人工神经元可以响应一部分覆盖范围内的周围单元,对于大型图像处理有出色表现。卷积神经网路由一个或多个卷积层和顶端的全连通层(对应经典的神经网路)组成,同时也包括关联权重和池化层(pooling layer)。这一结构使得卷积神经网路能够利用输入数据的二维结构。与其他深度学习结构相比,卷积神经网路在图像和语音识别方面能够给出更好的结果。这一模型也可以使用反向传播算法进行训练。相比较其他深度、前馈神经网路,卷积神经网路需要考量的参数更少,使之成为一种颇具吸引力的深度学习结构。 卷积网络是一种专门用于处理具有已知的、网格状拓扑的数据的神经网络。例如时间序列数据,它可以被认为是以一定时间间隔采样的一维网格,又如图像数据,其可以被认为是二维像素网格。

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