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
Sponsored
·
SiteGround - Reliable hosting with speed, security, and support you can count on.
→
Semantic Machine Intelligence Lab., Keio Univ.
PRO
August 01, 2022
Technology
1
1.1k
[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] VLA-Adapter: An Effective Paradigm for Tiny-Scale Vision-Language-Action Model
keio_smilab
PRO
0
63
[Journal club] Improved Mean Flows: On the Challenges of Fastforward Generative Models
keio_smilab
PRO
0
130
[Journal club] MemER: Scaling Up Memory for Robot Control via Experience Retrieval
keio_smilab
PRO
0
85
[Journal club] Flow Matching for Generative Modeling
keio_smilab
PRO
1
340
Multimodal AI Driving Solutions to Societal Challenges
keio_smilab
PRO
2
190
[Journal club] Re-thinking Temporal Search for Long-Form Video Understanding
keio_smilab
PRO
0
44
[Journal club] Focusing on What Matters: Object-Agent-centric Tokenization for Vision Language Action Models
keio_smilab
PRO
0
14
[Journal club] EXPERT: An Explainable Image Captioning Evaluation Metric with Structured Explanations
keio_smilab
PRO
0
73
[Journal club] FreeTimeGS: Free Gaussian Primitives at Anytime and Anywhere for Dynamic Scene Reconstruction
keio_smilab
PRO
0
100
Other Decks in Technology
See All in Technology
Deno・Bunの標準機能やElysiaJSを使ったWebSocketサーバー実装 / ラーメン屋を貸し切ってLT会! IoTLT 2026新年会
you
PRO
0
220
AIと新時代を切り拓く。これからのSREとメルカリIBISの挑戦
0gm
0
580
フルカイテン株式会社 エンジニア向け採用資料
fullkaiten
0
10k
システムのアラート調査をサポートするAI Agentの紹介/Introduction to an AI Agent for System Alert Investigation
taddy_919
2
1.4k
3分でわかる!新機能 AWS Transform custom
sato4mi
1
310
We Built for Predictability; The Workloads Didn’t Care
stahnma
0
120
All About Sansan – for New Global Engineers
sansan33
PRO
1
1.3k
2人で作ったAIダッシュボードが、開発組織の次の一手を照らした話― Cursor × SpecKit × 可視化の実践 ― Qiita AI Summit
noalisaai
1
350
20260129_CB_Kansai
takuyay0ne
1
260
GSIが複数キー対応したことで、俺達はいったい何が嬉しいのか?
smt7174
3
120
What happened to RubyGems and what can we learn?
mikemcquaid
0
200
Azure Durable Functions で作った NL2SQL Agent の精度向上に取り組んだ話/jat08
thara0402
0
120
Featured
See All Featured
How to Get Subject Matter Experts Bought In and Actively Contributing to SEO & PR Initiatives.
livdayseo
0
53
Dominate Local Search Results - an insider guide to GBP, reviews, and Local SEO
greggifford
PRO
0
52
Pawsitive SEO: Lessons from My Dog (and Many Mistakes) on Thriving as a Consultant in the Age of AI
davidcarrasco
0
60
Tips & Tricks on How to Get Your First Job In Tech
honzajavorek
0
430
We Analyzed 250 Million AI Search Results: Here's What I Found
joshbly
1
630
Put a Button on it: Removing Barriers to Going Fast.
kastner
60
4.2k
What’s in a name? Adding method to the madness
productmarketing
PRO
24
3.9k
How to Think Like a Performance Engineer
csswizardry
28
2.4k
Everyday Curiosity
cassininazir
0
120
Noah Learner - AI + Me: how we built a GSC Bulk Export data pipeline
techseoconnect
PRO
0
100
What's in a price? How to price your products and services
michaelherold
247
13k
AI in Enterprises - Java and Open Source to the Rescue
ivargrimstad
0
1.1k
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)