知识提炼是一种架构大型复杂模型的知识转移到较小模型的技术。小模型不仅可以在原始数据标签上进行训练,还可以在大模型的软预测上进行训练,从而学习模仿大模型的功能。

知识提炼的有效性

教师模型的输出概率通常比标签包含更丰富的信息。例如,如果教师模型认为A类的可能性是B类的10倍,那么学生模型就会暗示B类是第二好的选择。这种所谓的暗知识可以帮助学生比仅从原始数据标签更准确地学习老师的决策边界。

知识提炼的好处

  • 学生可以体型更小,但成绩却接近老师。
  • 可以将一组模型提炼为一个学生(老师可以是一组输出平均的模型,学生从中学习)。
  • 与在数据集上进行正常训练相比,蒸馏有时甚至可以提高学生的准确性(老师充当平滑器,提供更好的训练信号)。

知识提炼的前提条件

  • 必须先训练大型教师模型,需要一笔前期成本。在某些情况下,训练教师模型的费用很高,但也可以使用现有的公共模型作为教师模型。
  • 学生模型通常不会超过老师的准确度(如果老师的知识有助于概括,在某些情况下可能会超过老师的准确度,一般来说老师通常是上限)。
  • 在资源受限的环境中,训练大型教师模型是不可行的。
  • 假设不受资源限制,知识提炼最常见的技术之一是基于响应的知识提炼,重点是匹配教师模型和学生模型的输出响应。

知识提炼的工作流管道

  • 在训练数据上训练教师模型(标准的预训练过程)
  • 冻结教师模型并训练学生模型。学生模型的训练目标:
  • 针对真实标签的标准损失。确保学生模型仍然能够学习实际任务。
  • 蒸馏损失函数使学生的输出分布与老师的输出分布相匹配。通常这是通过老师和学生的softmax输出之间的KL散度来实现的。
  • 通常,教师模型的softmax输出是在更高的温度下获取的。蒸馏过程中温度的作用是软化概率分布(教师模型可能对某个类别非常有信心,这会导致概率几乎为0/1;通过在softmax中使大于1的温度,可以得到一个更柔和的分布,保留了置信度的秩,不会像峰值那样锐利)。学生模型在其softmax中也使用相同的温度来计算损失。

​最后

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