对比学习论文综述
迪丽瓦拉
2025-05-31 21:27:19
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tag: DL/Contrastive alias: CV方向比较经典的对比学习论文,截止到2021年12月


学习来源:对比学习论文综述【论文精读】_哔哩哔哩_bilibili

百花齐放

CV双雄

MoCo

  1. 改进简单有效并且有很大影响
    1. 动量编码器。在后续的SimCLR和BYOL等一直在使用
  2. 写作方式 - 自顶向下
    1. 讲述了cv和nlp的区别,以及为什么cv的对比学习做的不好
    2. cv、nlp、对比学习框架统一的情况下,提出方法

SimCLR

概念简单,容易理解。但是batchsize太大(4096/8192)

image.png|400 正样本:2 负样本:2(N-1)

增加mlp+relu可以在ImageNet上提升将近10个点。本篇论文在fc做非线性变换之后的特征是128维。

normalized temperature-scaled 交叉熵函数

projection head函数 $g()$ 只有在训练的时候使用,下游任务只使用特征 h

相比较[[InvaSpread]],贡献:

  • 对比学习需要很强的数据增强技术
  • 在编码器之后增加mlp层,可学习的非线性变换
  • 使用lars优化器去做更大的batchsize并且训练时间更久。

数据增强策略: image.png image.png|500 最有效的是==Crop==和==Color==

非线性层(mlp+relu): image.png|500

  • 维度大小没有影响,现在多数工作选择128维
  • 至今没有理论能够证明有效性

MoCo v2

将SimCLR上的技术用到MoCo上面。

改动:

  1. 使用MLP层
  2. 增加数据增强
  3. 训练时候使用 cosine 的 learning rate schedule
  4. 训练更长的epoch (200 -> 800) image.png|500

与SimCLR的比较: image.png|500

image.png|500

SimCLR v2

小部分讲解模型改进从 v1 -> v2, 大部分篇幅讲如何做半监督学习

模型改进:

  1. 更大的模型,无监督的对比学习效果会更好。152-layer ResNet,selective kernels(SK Net)
  2. 加深protection head。fc-relu ---> fc-relu-fc-relu. 两层的FC效果更好
  3. 使用 MoCo 提出的动量编码器。但是提升不多大概 ~1%。原因可能是原本的mini-batch已经很大,负样本足够多

SimCLR v1 和 SimCLR v2 只做了分类任务。MoCo 做了很多下游任务

SwAV

用一个视角的特征预测其他视角的特征,这些特征应该是相似的。对比学习 + 聚类

去跟聚类中心对比。ImageNet上大概有3000个聚类中心。

image.png|700

特征:(B, D) prototypes:(D, K)

使用聚类:

  1. 3000个聚类中心足够代表所有的负样本。即使MoCo的队列60000张图片也只是近似,不是和所有的负样本做对比。
  2. 聚类中心含有明确语意信息。之前随机抽取样本可能还含有正样本。 了解聚类方法可参考一作的 deep cluster, deep cluster two

image.png

性能提升关键点:

  1. 聚类
  2. multi-crop:关注全局信息和局部信息

其他

cmc2: 适量互信息。infoMin,选择合适的数据增强等

不用负样本

BYOL

负样本是一个约束。正样本是让同一类的物体特征尽可能相似。如果没有负样本则模型会学到一个shortcut:所有特征都一致

SimSam

  1. 不需要负样本

  2. 不需要大batchsize

  3. 不需要动量编码器

    image.png|500 stop-gradient操作。

Expectation-Maximization(EM) 操作

Transformer

MoCo v3

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