跟上AI时代的45篇论文：从神经网络到批量正则化，全方位提升你的AI技能

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本文作者：李金洪

AI领域的发展速度将会超过IT行业中的其他领域。各种黑客技巧的背后,都离不开大量相关论文的支持。这些论文都是最新且具有前沿性的。

在某种程度上，他们的技术手段与现有书籍中的内容之间存在着较大的差距。为了跟上时代的步伐，我们需要转变思维方式——从论文的角度出发。

今天给大家介绍45篇让你跟上AI时代的论文。

一、神经网络基础部分

No1 wide_deep模型论文：

对于神经元以及全连接网络等基础架构，应该是每个AI研究者都烂熟于心的话题。然而，你是否真正理解了全连接网络中深度与表层之间的内在联系呢？在这里，我们推荐一篇论文，即”wide_deep模型”，它将帮助你更深入地理解全连接网络。

关于该模型的更多介绍可以参考论文：

https://arxiv.org/pdf/1606.07792.pdf

在wide_deep模型中，wide模型和deep模型具有各自不同的分工。

本文将讨论一种名为”wide模型”的浅层神经网络模型。该模型依赖大量单层神经网络节点，以实现对训练数据的高度拟合。然而，这种模型的一个显著缺陷在于其泛化能力较弱。

Deep model is a type of neural network that features multiple layers of non-linear transformations. This structure endows the model with excellent generalization capabilities. However, its drawback lies in its insufficient fitting accuracy.

通过结合使用两种方法，即联合训练，我们可以实现共享反向传播损失值以进行训练。这种策略能够充分发挥两个模型的优势，从而获得最佳性能。

No2 wide_deep模型论文：

为什么Adam被广泛使用？光会用可不行，还得把原理看懂。这样出去喷一喷，才会显得更有面子。

Adam的细节请参阅论文《Adam: A Method for Stochastic Optimization》，该论文的链接网址是：

https://arxiv.org/pdf/1412.6980v8.pdf

No3 Targeted Dropout模型论文：

你还再用普通的Dropout吗？我已经开始用Targeted Dropout了。比你的又快，又好。你不知道吧，赶紧学习一下。

Targeted Dropout不再像原有的Dropout那样按照设定的比例随机丢弃部分节点，而是对现有的神经元进行排序，按照神经元的权重重要性来丢弃节点。这种方式比随机丢弃的方式更智能，效果更好。更多理论见以下论文：

https://openreview.net/pdf?id=HkghWScuoQ

二、图像分类部分

No4 Xception模型论文：

在那个图像分类的时代，谷歌的Xception系列，像x战警一样，一个一个的打破记录。其中的技术也逐渐成为AI发展的知识体系。有必要看一下。或许会对自己的工作有所启发。

详细情况请查看原论文《Xception: Deep Learning with Depthwise Separable Convolutions》，该论文网址是：

https://arxiv.org/abs/1610.02357

No5 残差结构论文：

运气好到没朋友，现有模型，后完善理论指的就是残差结构这哥们。他的传奇导致即使到今天的AI技术，也无法将它割舍，就来常微分方程都得拿它比肩。快来学学吧。用处大着呢。好多模型都拿他当先锋。

利用残差结构，可以使得网络达到上百层的深度。详情请参阅原始论文《Deep ResidualLearning for Image Recognition》，该论文网址是：

https://arxiv.org/abs/1512.03385

No6 空洞卷积论文：

NasNet的招牌动作，虽然不是出于NASNet，但是却被人家用得如火纯青。有时不得不惊叹，机器设计出来的模型还真实跟人设计的不一样！

想知道空洞卷积的感受野为什么与层数呈指数级关系吗？

细节请查看原论文《Multi-scale context aggregation by dilated convolutions》，该论文网址是：

https://arxiv.org/abs/1511.07122v3

No7 DenseNet论文：

这个模型使我想到了“一根筋”，再次证明了只有轴的人才能成大事！令类的模型，神奇的效果，快来体验一下吧。这可是比华佗还牛的神医哦！

有关DenseNet模型的细节，请参考原始论文《Densely Connected Convolutional Networks》，该论文的连接是：

https://arxiv.org/abs/1608.06993

No8 EfficientNet模型论文：

知道目前位置图像分类界谁是老大吗？来，看看这个！

EfficientNet模型的论文地址如下：

https://arxiv.org/pdf/1905.11946.pdf

No9 Grad-CAM模型论文：

如果你能把神经元搞得透彻，你也会想到这个点子。不想聊太多！一个字“绝”！这TMD才叫卷积网络的可视化！

详细情况请参阅论文《Grad-CAM:Visual Explanations from Deep Networks via Gradient-based Localization》，该论文的链接网址是：

https://arxiv.org/pdf/1610.02391.pdf

No10 分类模型泛化能力论文：

知道为啥都喜欢使用ResNet模型当先锋吗？运气好就是运气好！好到大家都喜欢用它，还说不出为啥它那么好！反正就是好，不信的话看看这篇论文的实验结果。

论文中，在选取模型的建议中，多次提到了ResNet模型。原因是，ResNet模型在Imgnet数据集上输出的特征向量所表现的泛化能力是最强的。具体可以参考以下论文：

https://arxiv.org/pdf/1805.08974.pdf

三、批量正则化部分

No11 批量正则化论文：

这个没的说，必修课，不懂的化，会被鄙视成渣渣！

论文《Batch Normalization Accelerating Deep Network Training by Reducing Internal Covariate Shift》，该论文网址是：

https://arxiv.org/abs/1502.03167

No12 实例归一化论文：

时代不同了，批量归一化也升级了，赶紧学学新的归一化吧。

在对抗神经网络模型、风格转换这类生成式任务中，常用实例归一化取代批量归一化。因为，生成式任务的本质是——将生成样本的特征分布与目标样本的特征分布进行匹配。生成式任务中的每个样本都有独立的风格，不应该与批次中其他的样本产生太多联系。所以，实例归一化适用于解决这种基于个体的样本分布问题。详细说明见以下链接：

https://arxiv.org/abs/1607.08022

No13 ReNorm算法论文：

ReNorm算法与BatchNorm算法一样，注重对全局数据的归一化，即对输入数据的形状中的N维度、H维度、W维度做归一化处理。不同的是，ReNorm算法在BatchNorm算法上做了一些改进，使得模型在小批次场景中也有良好的效果。具体论文见以下链接：

https://arxiv.org/pdf/1702.03275.pdf

No14 GroupNorm算法论文：

GroupNorm算法是介于LayerNorm算法和InstanceNorm算法之间的算法。它首先将通道分为许多组（group），再对每一组做归一化处理。

GroupNorm算法与ReNorm算法的作用类似，都是为了解决BatchNorm算法对批次大小的依赖。具体论文见下方链接：

https://arxiv.org/abs/1803.08494

No15 SwitchableNorm算法论文：

我们国人做产品都喜欢这么干！all in one ,好吧。既然那么多批量归一化的方法。来，来，来，我们来个all in one吧。不服来辩，我这啥都有！

SwitchableNorm算法是将BN算法、LN算法、IN算法结合起来使用，并为每个算法都赋予权重，让网络自己去学习归一化层应该使用什么方法。具体论文见下方链接：

https://arxiv.org/abs/1806.10779

四、注意力部分

No16 大道至简的注意力论文：

把AI搞成玄学也就算了！居然还扯到道家了！谷歌的工程师真实中外通吃啊！搞出来了一个只用注意力就能做事的模型，连卷积都不要了！你所好玩不好玩！至简不至简！刺激不刺激！

大名鼎鼎的Attention is All You Need 注意力机制论文

注意力机制因2017年谷歌的一篇论文Attention is All You Need而名声大噪。下面就来介绍该技术的具体内容。如果想了解更多，还可以参考原论文，具体地址如下：

https://arxiv.org/abs/1706.03762

No17-18 孪生注意力论文：

好比LSTM与GRU一样，注意力他们家也除了一对双胞胎，长得略微有点不同。但是功能一样，都能吃能喝，还能注意。老虎老鼠傻傻的不清楚！

—BahdanauAttention：https://arxiv.org/abs/1409.0473。

—LuongAttention：https://arxiv.org/abs/1508.04025。

No19 各自升级的孪生注意力论文：

话说这对双胞胎，出生后就分开了。各自学的不同的语言，一个学习汉语，一个学习中文。若干年后，见面，发现二者的能力还是一样！

BahdanauAttention注意力升级成了normed_BahdanauAttention，而LuongAttention注意力升级成了scaled_LuongAttention。都一样的效果，你爱用哪个用哪个吧！

例如：

在BahdanauAttention类中有一个权重归一化的版本（normed_BahdanauAttention），它可以加快随机梯度下降的收敛速度。在使用时，将初始化函数中的参数normalize设为True即可。

具体可以参考以下论文：

https://arxiv.org/pdf/1602.07868.pdf

No20 单调注意力机制论文：

老公主动表忠心，我以后不看别的美女。老婆觉得不够，再加个限制：你以后不准看别的女人！于是单调注意力就出来了。

单调注意力机制（monotonic attention），是在原有注意力机制上添加了一个单调约束。该单调约束的内容为：

（1）假设在生成输出序列过程中，模型是以从左到右的方式处理输入序列的。

（2）当某个输入序列所对应的输出受到关注时，在该输入序列之前出现的其他输入将不能在后面的输出中被关注。

即已经被关注过的输入序列，其前面的序列中不再被关注。

更多描述可以参考以下论文：

https://arxiv.org/pdf/1704.00784.pdf

No21 混合注意力机制论文：

这个注意力很强大，比一般的注意力专注的地方更多，信息更丰富。我已经注意你很久了！呵呵呵~~~

因为混合注意力中含有位置信息，所以它可以在输入序列中选择下一个编码的位置。这样的机制更适用于输出序列大于输入序列的Seq2Seq任务，例如语音合成任务。

具体可以参考以下论文：

https://arxiv.org/pdf/1506.07503.pdf

五、高级的卷积网络知识

No22 胶囊网络与动态路由的论文：

这是一股为图像分类降温的寒风，深刻而又尖锐的点出了卷积网络的硬伤！从事最大池化再无翻身之日。

虽然胶囊网络再实际应用中，不像它的理论那么牛，但是对AI的帮助，卷积的理解是革命性的。非常值得一读。另外，这也是一篇绝对让你对数学彻底绝望的论文。花几根白头发把里面的算法啃下来吧。这样你与大神就能更近一步。

胶囊网络分为主胶囊与数字胶囊，主胶囊与数字胶囊之间的耦合系数是通过训练得来的。在训练过程中，耦合系数的更新不是通过反向梯度传播实现的，而是采用动态路由选择算法完成的。该算法来自以下论文链接：

https://arxiv.org/pdf/1710.09829.pdf

目前胶囊网络的研究还处于初级阶段，随着人们研究的深入，相信这些问题会得到解决。

No23 矩阵胶囊网络与EM路由算法：

如果你觉得不过瘾，那么还可以再看一篇。继续自虐一下。

带有EM（期望最大化）路由的矩阵胶囊网络是动态路由胶囊网络的一个改进版本。论文链接如下：

https://openreview.net/pdf?id=HJWLfGWRb

No24 胶囊网络的其它用处：

胶囊网络混身是宝，但就是自己不争气。这也说明还有上升的空间。就拿其中一个动态路由算法来讲，居然比普通的注意力还好。

看完之后，相信你一定会手痒！要不要也试试？把你的注意力换一下。值得你尝试，会有彩蛋的！

该论文的实践也证明，与原有的注意力机制相比，动态路由算法确实在精度上有所提升。具体介绍可见以下论文：

https://arxiv.org/pdf/1806.01501.pdf

No25 卷积网络新玩法TextCNN模型：

早先小编在一个项目中，自己用卷积网络处理字符数据。自己感觉很Happy。没想到，无意间居然发现了一篇同样这么干的论文。居然还有个名字，叫TextCNN。哎！可惜啊！小编文化少，只会写代码，不会写论文。

TextCNN模型是利用卷积神经网络对文本进行分类的算法，由 Yoon Kim 在 Convolutional Neural Networks for Sentence Classification 一文中提出。论文地址：

https://arxiv.org/pdf/1408.5882.pdf

六、图像内容处理部分

No26 FPN模型论文（包含了ROIAlign的匹配算法）：

要是搞计算机视觉，还是要建议看一下。非常的基础。也是图像分割方面的用得最多得模型。

FPN的原理是：将骨干网络最终特征层和中间特征层的多个尺度的特征以类似金字塔的形式融合在一起。最终的特征可以兼顾两个特点——指向收敛目标的特征准确、特征语义信息丰富。更多信息可以参考论文：

ROIAlign层中的匹配算法也来自于这篇FPN论文，链接如下：

https://arxiv.org/abs/1612.03144

No27 Mask R-CNN模型论文：

效果好，代码多！硬货！来啃吧！

Mask R-CNN模型是一个简单、灵活、通用的对象实例分割框架。它能够有效地检测图像中的对象，并为每个实例生成高质量的分割掩码，还可以通过增加不同的分支完成不同的任务。它可以完成目标分类、目标检测、语义分割、实例分割、人体姿势识别等多种任务。具体细节可以参考以下论文：

https://arxiv.org/abs/1703.06870

No28 YOLO V3模型论文：

这个模型的提点就是快！目标识别强烈推荐

YOLO V3模型的更多信息可以参考以下链接中的论文：

https://pjreddie.com/media/files/papers/YOLOv3.pdf

No29 Anchor-Fress模型–FCOS模型论文：

随着AI技术的进步Anchor-Fress模型死灰复燃（早先是YOLO V1那一批模型），这次不一样的是彻底干掉带Anchor的模型。训练起来那就一个爽！妈妈再也不用为我准备单独的Anchor标签了。

与YOLO V1相比， FCOS模型的思想与YOLO V1模型非常相似，唯一不同的是FCOS模型没有像YOLOv1那样只考虑中心附近的点，而是利用了ground truth边框中所有的点来进行预测边框。并且通过 center-ness 分支来抑制那些效果不行的检测边框。这样FCOS 就可以改善YOLO V1模型总会漏掉部分检测边框的缺点。

相关论文地址：

https://arxiv.org/abs/1904.01355

No30 Anchor-Fress模型–CornerNet-Lite模型论文：

一样也是Anchor-Fress模型，与FCOS效果差不多少，具体看一下论文吧

CornerNet-Lite模型。相关论文地址：

https://arxiv.org/pdf/1904.08900.pdf

No31 栈式沙漏网络模型–Hourglass论文：

最初用户人的姿态估计，在符合模型中也是常被使用的模型。论文地址：

https://arxiv.org/abs/1603.06937

No32 OCR必修课——STN模型论文：

可以让模型自动仿射变化，你说牛不牛！要学OCR，就得从这个开始。

有关STN模型的论文链接如下：