表徵與自監督學習

SimCLR(對比學習框架)

SimCLR 是一套乾淨、去蕪存菁的配方,證明了對比式自監督不靠任何架構花招就能比肩監督式預訓練。核心想法是:取一張影像,做出兩個經強增強的副本,教網路認得這兩個視圖屬於同一夥,而批次中其他每張影像都是要被推開的陌生人。完全不用標籤——監督訊號全來自「兩個裁切來自同一張照片」這個事實。

每個視圖先過編碼器,再經一個小型兩層投影頭,映射到施加對比損失的空間。嵌入會做 L2 正規化,使相似度成為餘弦值;NT-Xent 損失是對「餘弦相似度除以溫度」的 softmax:正樣本對在分子,批次中其餘 2N−2 個樣本作為負樣本在分母。關鍵在於:強增強策略——隨機裁切、色彩抖動與高斯模糊一起用——以及能提供大量負樣本的大批次,才是它奏效的原因。

兩項發現成了標準作法。其一,投影頭在下游應使用時應丟棄:它前一層才是好得多的表徵,因為投影頭吸收了損失所要求的各種不變性。其二,對比學習比監督學習更受惠於大批次與長訓練,因為負樣本集合的品質會隨批次大小而提升。

\ell_{i,j} = -\log \frac{\exp(\mathrm{sim}(z_i,z_j)/\tau)}{\sum_{k\ne i}\exp(\mathrm{sim}(z_i,z_k)/\tau)}

正樣本對 (i,j) 的 NT-Xent 損失;\tau 為溫度。

SimCLR 需要大量負樣本,因此很吃記憶體;MoCo 與 BYOL 部分動機正是為了擺脫這個大批次需求。

又稱
SimCLRNT-Xentnormalized temperature-scaled cross entropy