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双学生模型:打破半监督学习中教师的限制

Zhanghan Ke; Daoye Wang; Qiong Yan; Jimmy Ren; Rynson W.H. Lau

摘要

近年来,基于一致性的方法在半监督学习(SSL)中取得了最先进的成果。这些方法通常涉及两个角色,即显式或隐式的教师模型和学生模型,并通过一致性约束对不同扰动下的预测进行惩罚。然而,这两个角色的权重紧密耦合,因为教师模型本质上是学生模型的指数移动平均(EMA)。在这项工作中,我们展示了这种耦合的EMA教师模型会导致性能瓶颈。为了解决这一问题,我们引入了双学生模型(Dual Student),用另一个学生模型替代教师模型。我们还定义了一个新的概念——稳定样本(stable sample),并据此设计了一种稳定化约束,以使我们的结构可训练。此外,我们讨论了该方法的两种变体,它们能够进一步提高性能。大量实验表明,我们的方法在多个主要的半监督学习基准上显著提升了分类性能。具体而言,在CIFAR-10数据集上使用1k标签时,将13层CNN的错误率从16.84%降低到12.39%;在CIFAR-100数据集上使用10k标签时,将错误率从34.10%降低到31.56%。此外,我们的方法在域适应方面也取得了明显的改进。


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