centerloss系列文章笔记——人脸识别：A Discriminative Feature Learning Approach forDeep Face Recognition

人脸识别：A Discriminative Feature Learning Approach forDeep Face RecognitionYandong Wen, Kaipeng Zhang, Zhifeng Li*, Yu QiaoShenzhen Institutes of Advanced Technology, CAS, ChinaThe Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China

人脸识别通常用的损失函数有softmax loss，CONTRASTIVE loss，triplet loss，分别利用类间、pair间、类内外的监督信息来训练模型，这篇paper主要是和softmax loss对比，在softmax基础上增加一个center loss。softmax loss和center loss的区别如下：



意思就是centerloss除了把feature变得可分之外，还会让同类feature变得更聚拢，因此可以对没有见过的样本有更好的泛化能力。具体的公式如下：



由于与欧式距离，BP也很简单：



一切看上去都很美好，但是类的中心是个统计量，没有什么深度学习算法能一次性involve全部的样本来计算，

这也是很少有统计意义的loss出现的原因（softmax、pairwise和triplet都只需随机采样即可计算），这里作者做了个近似和超参数来实现类中心的计算：

1. 只在mini-batch内的样本范围内做类中心的计算（所以理论上如何采样还是影响这个算法的效果）

2. update中心时加一个类似学习率的参数alpha，用来处理采样太少或者有outlier的情况：下面这个公式，

如果mini-batch里没有对应类别则增量为0，



一旦有了超参数，那么必然会关注这个超参数对效果的影响如何：感觉这个参数的设置会跟采样策略和实际样本clean的程度有关，

对于训练较慢的任务来说想遍历参数成本会很高。



实验的一些细节：webface 70万数据，1.7万人，2块titanx 训softmax和softmax+centerloss 要14小时，28K轮*256mini batch；训softmax+contrastive要42K轮*256minibatch，22小时。由于数据量不多都还是很快的，平均每个人40张图片已经有比较明显的效果：



延展讨论：

1. 其他统计型loss应该也可以被考虑加入训练中获得更好的效果

2. 到类中心的距离最小化使得特征分布趋向一个球体，是否也可以考虑把欧式距离改成cosine距离

3. 类中心还是会受到采样的影响，这一点似乎没怎么做细化的分析

4. 对于其他的分类任务理论上加了之后也会变好，比如样本不是很充分的二分类，遇到一些没见过的扰动可能会预测结果变差