Upgrade to Pro
— share decks privately, control downloads, hide ads and more …
Speaker Deck
Features
Speaker Deck
PRO
Sign in
Sign up for free
Search
Search
[Journal club] Prototypical Contrastive Learnin...
Search
Semantic Machine Intelligence Lab., Keio Univ.
PRO
August 01, 2022
Technology
1
820
[Journal club] Prototypical Contrastive Learning of Unsupervised Representations
慶應義塾⼤学 杉浦孔明研究室 B4 和田唯我 / Yuiga Wada
Semantic Machine Intelligence Lab., Keio Univ.
PRO
August 01, 2022
Tweet
Share
More Decks by Semantic Machine Intelligence Lab., Keio Univ.
See All by Semantic Machine Intelligence Lab., Keio Univ.
[Journal club] MOKA: Open-Vocabulary Robotic Manipulation through Mark-Based Visual Prompting
keio_smilab
PRO
0
27
[Journal club] Seeing the Unseen: Visual Common Sense for Semantic Placement
keio_smilab
PRO
0
25
[Journal club] Language-Embedded Gaussian Splats (LEGS): Incrementally Building Room-Scale Representations with a Mobile Robot
keio_smilab
PRO
0
6
[Journal club] RAM: Retrieval-Based Affordance Transfer for Generalizable Zero-Shot Robotic Manipulation
keio_smilab
PRO
1
11
[Journal club] Simplified State Space Layers for Sequence Modeling
keio_smilab
PRO
0
26
[Journal club] Detecting and Preventing Hallucinations in Large Vision Language Models
keio_smilab
PRO
1
72
[IROS24] Object Segmentation from Open-Vocabulary Manipulation Instructions Based on Optimal Transport Polygon Matching with Multimodal Foundation Models
keio_smilab
PRO
0
46
[IROS24] Learning-To-Rank Approach for Identifying Everyday Objects Using a Physical-World Search Engine
keio_smilab
PRO
0
77
[RSJ24] オフライン軌道生成による軌道に基づくOpen-Vocabulary物体操作タスクにおける将来成否予測
keio_smilab
PRO
1
120
Other Decks in Technology
See All in Technology
データプロダクトの定義からはじめる、データコントラクト駆動なデータ基盤
chanyou0311
2
350
『Firebase Dynamic Links終了に備える』 FlutterアプリでのAdjust導入とDeeplink最適化
techiro
0
160
CysharpのOSS群から見るModern C#の現在地
neuecc
2
3.5k
EventHub Startup CTO of the year 2024 ピッチ資料
eventhub
0
130
テストコード品質を高めるためにMutation Testingライブラリ・Strykerを実戦導入してみた話
ysknsid25
7
2.7k
あなたの知らない Function.prototype.toString() の世界
mizdra
PRO
1
270
日経電子版のStoreKit2フルリニューアル
shimastripe
1
150
ノーコードデータ分析ツールで体験する時系列データ分析超入門
negi111111
0
430
10XにおけるData Contractの導入について: Data Contract事例共有会
10xinc
7
680
Amplify Gen2 Deep Dive / バックエンドの型をいかにしてフロントエンドへ伝えるか #TSKaigi #TSKaigiKansai #AWSAmplifyJP
tacck
PRO
0
390
安心してください、日本語使えますよ―Ubuntu日本語Remix提供休止に寄せて― 2024-11-17
nobutomurata
1
1k
iOSチームとAndroidチームでブランチ運用が違ったので整理してます
sansantech
PRO
0
150
Featured
See All Featured
YesSQL, Process and Tooling at Scale
rocio
169
14k
Automating Front-end Workflow
addyosmani
1366
200k
Exploring the Power of Turbo Streams & Action Cable | RailsConf2023
kevinliebholz
27
4.3k
Why Our Code Smells
bkeepers
PRO
334
57k
XXLCSS - How to scale CSS and keep your sanity
sugarenia
246
1.3M
The Success of Rails: Ensuring Growth for the Next 100 Years
eileencodes
44
6.8k
A Philosophy of Restraint
colly
203
16k
Bootstrapping a Software Product
garrettdimon
PRO
305
110k
Building Applications with DynamoDB
mza
90
6.1k
Music & Morning Musume
bryan
46
6.2k
Rails Girls Zürich Keynote
gr2m
94
13k
Typedesign – Prime Four
hannesfritz
40
2.4k
Transcript
Prototypical Contrastive Learning of Unsupervised Representations Junnan Li, Pan Zhou,
Caiming Xiong, Steven C.H. Hoi (Salesforce Research) Li, Pan Zhou, Caiming Xiong and Steven C. H. Hoi. Prototypical Contrastive Learning of Unsupervised Representations, ICLR2021 慶應義塾⼤学 杉浦孔明研究室 和⽥唯我 ICLR 2021
和田唯我 / Yuiga Wada
概要 2 ü 教師なし表現学習⼿法 Prototypical Contrastive Learning (PCL) を提案 ü
EM-algorithmに基づき, プロトタイプを基準とした損失 ProtoNCE Loss を提案 ü 様々な画像認識タスクで既存⼿法を超える結果を記録
背景: Instance-wiseな対照学習は, 本質的な意味情報を獲得できない 3 o Instance-wiseな教師なし表現学習 • 加⼯された画像(instance)のペアが同じ元画像に由来するかを識別 o Instance-wiseな⼿法における2つの問題点
1. 低次元の特徴だけで識別できるため,識別はNNにとって簡単なタスク ⇒ ⾼密度な情報をエンコードしているとは⾔い難い 2. ペア間の類似度が⾼くても, 負例は負例として扱う ⇒ 負例ペアにおける類似性についての 意味情報は獲得できない
既存⼿法: 対照学習⼿法には改善の余地がある 4 既存⼿法 種類 問題点 • SimCLR[Chen+, ICML20] •
MoCo[He+, CVPR20] Instance-wise Instance-wiseな⼿法であり, 前述の問題点有り • DeepCluster[Caron+, ECCV18] prototype-wise PCAによる次元削減処理を挟む ⇒クラスタリングによる最適化が 直接的でない DeepCluster[Caron+, ECCV18] PCA not good
提案⼿法: Prototypical Contrastive Learning (PCL) 5 Prototypical Contrastive Learning (PCL)
• EM-Algorithmに基づき, クラスタリングを⾏いながら特徴表現を学習 1. E-Step : kNN法によるクラスタリングでプロトタイプの事後分布を決定 2. M-Step : 対数尤度の期待値を最⼤化するパラメタを計算 提案⼿法における更新⼿順
EM-Algorithm: PCLでは対数尤度最⼤化のためEMを⽤いる 6 1. E-Step : kNN法によるクラスタリングでプロトタイプの事後分布を決定 2. M-Step :
対数尤度の期待値を最⼤化するパラメタを計算 提案⼿法における更新⼿順 プロトタイプ 𝒄𝒊 を潜在変数として, 対数尤度を最⼤化するモデルのパラメタ 𝜃 を獲得したい (プロトタイプ : クラスタの重⼼のこと) 提案⼿法の⽬標
前準備: 最適化における⽬的関数の整理 7 上式を直接求めるのは困難なので, Jensenの不等式より, 最右辺を最⼤化すれば良いので,最右辺からパラメタ 𝜃 依存部だけ取り出した下式 を⽬的関数とする. ただし,
𝑄 𝐜𝐢 ≔ 𝑝 𝒄𝒊 ; 𝒙𝒊 , 𝜽 (∵ ∑𝑄 𝐜𝐢 = 1 ⇒ − ∑ ∑𝑄 𝐜𝐢 𝑙𝑜𝑔𝑄 𝐜𝐢 は定数)
E-Step: クラスタリングによりプロトタイプの事後分布を決定 8 E-Step • Momentum Encoderの出⼒についてクラスタリングを実⾏ • kNN法によりプロトタイプ 𝒄𝒊
の事後分布 𝑝 𝒄𝒊; 𝒙𝒊, 𝜽 を決定 Encoderの指数移動平均
M-Step (1/3): 対数尤度を最⼤化するパラメタ 𝜃 を求める 9 M-Step • 対数尤度を最⼤化するパラメタ 𝜃
を求める • 事前分布を 1/𝑘 とすると, • ⼊⼒ {𝒙𝒊 } がプロトタイプを中⼼に等⽅的に分布してると仮定すると, 𝑝 𝒙𝒊; 𝒄𝒊, 𝜽 は
M-Step (2/3): 対数尤度を最⼤化するパラメタ 𝜃 を求める 10 以上より, 対数尤度を最⼤化するパラメタ 𝜃 は
(具体的な計算過程は省略) ・ ・ ・
M-Step (3/3): 対数尤度を最⼤化する損失関数を提案 11 M-Step • 対数尤度を最⼤化するパラメタ 𝜃 は 損失に組み込む
損失関数 ProtoNCE Loss (提案⼿法)
ProtoNCE Lossはインスタンスのペアも損失に⽤いる 12 ProtoNCE Loss ⇒ ProtoNCE Lossはインスタンスのペアも損失に使⽤ InfoNCE Loss[Oord+,
2018] → MoCoで使⽤される損失関数 instance-wise prototype-wise
定性的結果: 特徴ごとに適切なクラスタが形成 13 • 各クラスタに属する画像をランダムに選択 ⇒ 教師なし学習にも拘らず, 特徴ごとに適切なクラスタが形成 Cluster X
Cluster Y
定量的結果: 画像分類タスクにおいて既存⼿法を上回る結果 14 • ResNet + 線形分類器による画像分類 ⇒ MoCoやSimCLRといった既存⼿法を上回る結果を記録
定量的結果: 物体検出タスクにおいて既存⼿法を上回る結果 15 • ImageNet-1Mを⽤いた物体検出 ⇒ MoCoによる事前学習や教師あり学習を上回る結果を記録
Ablation: 損失関数はインスタンスのペアも考慮するのが最良 16 • ProtoNCE Lossはinstance-wiseであり, prototype-wiseでもある → 損失を変えて画像分類タスクを実施 ⇒
”instance”・”proto”の両者を使うのが最良 instance-wise → “instance” prototype-wise → “proto”
PCL動かしてみた: Encoderの出⼒を線形SVMで⼆値分類 17 o 実験設定 • データセット: PASCAL VOC2007 [Everingham+,
IJCV10] • Encoderの出⼒ 𝒉 を線形SVMに通し, 各クラスについて⼆値分類 Linear SVM 𝒉 5 𝒚
PCL動かしてみた: 極めて単純なモデルでも⾼精度で画像分類可能に 18 • 全クラスにおいて mAP = 85.45を記録 • 例:
“airplain”の⼆値分類結果 (全クラスの画像を⼊⼒) → 線形SVMという⾮常に単純なモデルで極めて良い性能を記録 True Positive False Positive
まとめ 19 ü 教師なし表現学習⼿法 Prototypical Contrastive Learning (PCL) を提案 ü
EM-algorithmに基づき, プロトタイプを基準とした損失 ProtoNCE Loss を提案 • ただし, 純粋にprototype-wiseな損失にすると精度が落ちる ü 様々な画像認識タスクで既存⼿法を超える結果を記録
Appendix: 擬似コード 20
Appendix: t-SNEによる可視化結果 21
Appendix: プロトタイプの種類 22 • クラスタは包含関係を許容する (fine-grained / coarse-grained)