Neural architecture search (NAS) has emerged as a powerful paradigm that enables researchers to automatically explore vast search spaces and discover efficient neural networks. However, NAS suffers from a critical bottleneck, i.e. the evaluation of numerous architectures during the search process demands substantial computing resources and time. In order to improve the efficiency of NAS, a series of methods have been proposed to reduce the evaluation time of neural architectures. However, they are not efficient enough and still only focus on the accuracy of architectures. Beyond classification accuracy, real-world applications increasingly demand more efficient and compact network architectures that balance multiple performance criteria. To address these challenges, we propose the SMEMNAS, a pairwise comparison relation-assisted multi-objective evolutionary algorithm based on a multi-population mechanism. In the SMEMNAS, a surrogate model is constructed based on pairwise comparison relations to predict the accuracy ranking of architectures, rather than the absolute accuracy. Moreover, two populations cooperate with each other in the search process, i.e. a main population that guides the evolutionary process, while a vice population that enhances search diversity. Our method aims to discover high-performance models that simultaneously optimize multiple objectives. We conduct comprehensive experiments on CIFAR-10, CIFAR-100 and ImageNet datasets to validate the effectiveness of our approach. With only a single GPU searching for 0.17 days, competitive architectures can be found by SMEMNAS which achieves 78.91% accuracy with the MAdds of 570M on the ImageNet. This work makes a significant advancement in the field of NAS.


翻译:神经网络架构搜索(NAS)已成为一种强大的范式,使研究人员能够自动探索广阔的搜索空间并发现高效的神经网络。然而,NAS存在一个关键瓶颈,即搜索过程中对大量架构的评估需要大量的计算资源和时间。为了提高NAS的效率,一系列方法被提出来减少神经架构的评估时间。然而,这些方法效率仍显不足,且通常仅关注架构的准确率。除分类准确率外,现实应用日益要求更高效、更紧凑的网络架构,以平衡多个性能指标。为应对这些挑战,我们提出了SMEMNAS——一种基于多群体机制的成对比较关系辅助多目标进化算法。在SMEMNAS中,我们基于成对比较关系构建代理模型,以预测架构的准确率排序而非绝对准确率。此外,两个群体在搜索过程中相互协作:主群体引导进化过程,而副群体则增强搜索多样性。我们的方法旨在发现同时优化多个目标的高性能模型。我们在CIFAR-10、CIFAR-100和ImageNet数据集上进行了全面实验以验证方法的有效性。仅使用单GPU搜索0.17天,SMEMNAS即可找到具有竞争力的架构,在ImageNet上以570M的MAdds实现了78.91%的准确率。这项工作在NAS领域取得了重要进展。

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