多任务学习：MultiTask Learningin Deep Neural Nets

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多任务学习：MultiTask Learningin Deep Neural Nets

作者：禅与计算机程序设计艺术

1.简介

2017年ImageNet图像识别挑战赛(ILSVRC)成功召开，给计算机视觉领域带来了极大的发展。在今年的比赛中，深度学习技术已经成为主流。本文将从深度神经网络(DNNs)的视角出发，探讨多任务学习(MTL)在DNNs上的应用。MTL可看作是一种机器学习方法，它允许一个模型同时解决多个相关的问题。举例来说，在图像分类任务中，模型可以同时训练两个相关的任务：分类、检测。在目标检测任务中，模型可以同时训练两个相关的任务：回归和分类。
MTl最早由Hinton、Bengio和Courville于2006年提出。其主要特点是利用多个不同的数据源进行训练。这些数据源既包括原始输入特征，也包括标签信息。与传统的单任务学习相比，MTL有以下优点：

• 提升模型效果

• 更多样化的表现形式

• 模型更鲁棒
  在多任务学习过程中，有些任务之间存在依赖关系。因此，模型需要先学习到某个任务，才能开始学习其他相关任务。这种依赖关系可以用图来表示，如下所示：

  图左边的模型只有检测任务；图右边的模型只有分类任务。但是，在图中间的模型可以同时学习分类和检测任务。
  MTL通过引入一系列共享层或参数，实现模型对多个任务之间潜在的依赖关系进行建模。通过共享层或参数，模型能够共同优化所有任务的损失函数，而不需要分别针对不同的任务来设计不同的优化过程。
  随着MTL在计算机视觉方面的应用越来越广泛，本文将以图像分类为例，阐述多任务学习在深度神经网络(DNNs)上的应用。基于经典的LeNet、AlexNet和VGG等深度神经网络结构，将介绍如何在DNNs上实现多任务学习。最后，