In contrast to fully connected networks, Convolutional Neural Networks (CNNs) achieve efficiency by learning weights associated with local filters with a finite spatial extent. An implication of this is that a filter may know what it is looking at, but not where it is positioned in the image. In this paper, we first test this hypothesis and reveal that a surprising degree of absolute position information is encoded in commonly used CNNs. We show that zero padding drives CNNs to encode position information in their internal representations, while a lack of padding precludes position encoding. This gives rise to deeper questions about the role of position information in CNNs: (i) What boundary heuristics enable optimal position encoding for downstream tasks?; (ii) Does position encoding affect the learning of semantic representations?; (iii) Does position encoding always improve performance? To provide answers, we perform the largest case study to date on the role that padding and border heuristics play in CNNs. We design novel tasks which allow us to quantify boundary effects as a function of the distance to the border. Numerous semantic objectives reveal the effect of the border on semantic representations. Finally, we demonstrate the implications of these findings on multiple real-world tasks to show that position information can both help or hurt performance.


翻译:与完全连通的网络相反, 革命神经网络(CNNs)通过学习与局部空间空间范围内的本地过滤器相关的权重来提高效率。 这意味着过滤器可能知道它所看到的是什么, 但不是图像中的位置。 在本文中, 我们首先测试这一假设, 并揭示在常用的CNN 中编码了惊人程度的绝对位置信息。 我们显示, 零倾斜驱动CNN将信息输入内部表达器中的位置信息编码, 而没有划线则排除定位编码。 这导致对CNN 中位置信息的作用产生更深的疑问:(i) 哪些边界超常能为下游任务提供最佳位置编码? (ii) 位置编码是否影响语义表现的学习? (iii) 位置编码总是能提高性能? (iii) 为了提供答案, 我们进行了迄今为止最大的案例研究, 说明在CNN 中嵌入和边框中扮演的角色。 我们设计了新任务, 能够量化边界的功能, 边界影响。 无数的多重目标揭示了边界对任务的影响。

0
下载
关闭预览

相关内容

《计算机信息》杂志发表高质量的论文,扩大了运筹学和计算的范围,寻求有关理论、方法、实验、系统和应用方面的原创研究论文、新颖的调查和教程论文,以及描述新的和有用的软件工具的论文。官网链接:https://pubsonline.informs.org/journal/ijoc
开源书:PyTorch深度学习起步
专知会员服务
51+阅读 · 2019年10月11日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
104+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【CNN】一文读懂卷积神经网络CNN
产业智能官
18+阅读 · 2018年1月2日
【推荐】ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年12月17日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
可解释的CNN
CreateAMind
17+阅读 · 2017年10月5日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
Arxiv
0+阅读 · 2021年3月24日
Interpretable CNNs for Object Classification
Arxiv
20+阅读 · 2020年3月12日
Single-frame Regularization for Temporally Stable CNNs
Arxiv
4+阅读 · 2018年3月30日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【CNN】一文读懂卷积神经网络CNN
产业智能官
18+阅读 · 2018年1月2日
【推荐】ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年12月17日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
可解释的CNN
CreateAMind
17+阅读 · 2017年10月5日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员