SDC论文详解Semantic Drift Compensation for Class-Incremental Learning. CVPR 2020
作者：互联网
论文地址:
https://arxiv.org/abs/2004.00440
目录
2.2 NCM（nearest class mean）分类器
2.3 Semantic Drift Compensation
一、贡献点
文章发表于CVPR2020，用于解决增量学习中类别增量的问题。贡献点有下面几个：
- 不同于以往的交叉熵loss, 本文的embedding network提出了triple loss，关于triple loss会在后面进行介绍，triple loss简单理解为基于特征空间质心的loss，样本提取特征后，距离特征空间的离质心越近，则loss越小，反之则越大。
- 本文的SDC（Semantic Drift Compensation）方法，无需要存储样本。个人理解：Semantic可以理解为提取出的语义特征；Drift指随着增量样本的增多，语义特征在特征空间中的质心会随之移动；Compensation是指通过对漂移的补偿，从而完成增量学习的过程。
- 在不存储图片的前提下，利用设计的Semantic Drift Compensation算法估计各类别中心，通过NCM分类器(iCaRL分类器）进行分类预测
二、方法
SDC基于两个基础方法，一个是triple loss,一个是 NCM（nearest class mean (NCM)）分类器。理解SDC之前需要先理解Triple loss和NCM
2.1 triple loss
Triple loss最早由这两篇文论提出：
J. Wang, Y. Song, T. Leung, C. Rosenberg, J. Wang, J. Philbin, B. Chen, and Y. Wu. Learning fine-grained image similarity with deep ranking. In CVPR, pages 1386–1393,2014. 3
E. Hoffer and N. Ailon. Deep metric learning using triplet network. In International Workshop on Similarity-Based Pattern Recognition, pages 84–92. Springer, 2015. 3, 4, 7
Triple loss看公式很容易理解：
表示的样本在网络中提取出特征和正样本和负样本的距离关系
- 假设样本为xi，经过网络提取特征之后为zi=f(xi)
- d+是样本特征zi离所有正样本提取出特征zp的距离
- d-是样本特征zi离所有负样本提取出特征zn的距离
2.2 NCM（nearest class mean）分类器
NCM分类器也容易理解：看公式：
假设样本是j，样本提取出的特征是zj,
- 类别是小写c，
- μc是类别c所提取出的特征的质心
- 分类器就是离某类别c的质心越近，则将该样本归为该类
2.3 Semantic Drift Compensation
在理解了上面两个公式之后，我们就更能理解SDC(Semantic Drift Compensation)的作用了。
因为本文的方法不是基于样本回放的方法，无法存储旧样本，也无法存储旧样本的特征。因此新样本到来后，与旧样本之间就无法计算新的特征的质心，导致NCM分类器与triple-loss中的特征空间中总的特征无法计算。
- 不是基于特征回放的增量学习方法，无法存储旧样本，也无法存储旧样本的特征，只能存储旧样本的特征在之前网络中的质心
- 网络在训练中权重会发生变化，样本特征经过网络提取之后会发生漂移
SDC(Semantic Drift Compensation)的提出就是为了进行这个估算，即如何在不存储样本特征的情况下估算出新样本到来后，所有样本的特征在特征空间中的质心。
假定新任务为t，在任务t训练之前，第i个数据的特征为Zt-1,i，训练之后的特征为Zt,i
漂移量就是：
估算出类别C在经历了task t的训练后的漂移量为：
从任务s到任务t，总的漂移量就是每一个任务漂移的和：
此图是一个比较直观的说明：
a表示原始数据，在task 1训练好多网络的特征空间上的分布，大三角是质心，小三角是每个数据的样本
b表示task 2的任务的数据样本在task 1结束的模型上的数据分布
c表示task 2的任务的数据经过训练，在特征空间上的移动，也就是semantic draft
d表示按照SDC的方法，估算出来task 1（旧质心）在经过了训练之后可能的移动。
三、实验及验证
实验较多，此处摘几个比较重要的，需要可参考原论文。
3.1 SDC的作用
SDC预估出来的样本漂移后的质心离真实的质心的距离到底会变大吗？作者通过实验进行了验证：
实线表示预估的特征质心和真实的特征质心的距离。可以看出，曲线从左下偏向右上，表示：
随着增量任务的到来和样本数据量的增多，预估的质心与实际的质心距离越来越大。
但是我们可以看出，每种方法在加入了SDC之后（红线），偏离量明显减少。
3.2 NCM及triple-loss
可以看出triple-loss+NCM分类器性能最佳（甚至某些数据上好于联合训练）。性能从差到好依次为：
- 蓝线FT表示采用增量fine-tune
- 黄线FT*表示softmax-loss，但是分类器用NCM分类器
- 红线E-FT表示metric-learning loss（即本文所讲的triple loss）+NCM分类器
- joint即联合训练，也是性能上限
3.3 准确率
作者在CUB和caltech这两个增量数据集上进行验证。本文方法与其他方法相比具有明显优势。
四、总结
亮点有两个，
采用数形结合，将增量任务转换为特征空间中的空间关系
网络随着增量任务权重会更新，对新任务在特征空间中的位置变化提出估算。
缺点：依然没有一个solid的解释，为什么SDC的估算就能够接近真实样本的draft ?
标签：loss,Semantic,特征,样本,Drift,分类器,Incremental,NCM,质心 来源： https://blog.csdn.net/weixin_36474809/article/details/115839720