【知识蒸馏】多任务模型 logit-based 知识蒸馏实战

一、什么是逻辑（logit）知识蒸馏

Feature-based蒸馏原理是知识蒸馏中的一种重要方法，其关键在于利用教师模型的隐藏层特征来指导学生模型的学习过程。这种蒸馏方式旨在使学生模型能够学习到教师模型在特征提取和表示方面的能力，从而提升其性能。

具体来说，Feature-based蒸馏通过比较教师模型和学生模型在某一或多个隐藏层的特征表示来实现知识的迁移。在训练过程中，教师模型的隐藏层特征被提取出来，并作为监督信号来指导学生模型相应层的特征学习。通过优化两者在特征层面的差异（如使用均方误差、余弦相似度等作为损失函数），可以使学生模型逐渐逼近教师模型的特征表示能力。

这种蒸馏方式有几个显著的优势。首先，它充分利用了教师模型在特征提取方面的优势，帮助学生模型学习到更具判别性的特征表示。其次，通过比较特征层面的差异，可以更加细致地指导学生模型的学习过程，使其在保持较高性能的同时减小模型复杂度。最后，Feature-based蒸馏可以与其他蒸馏方式相结合，形成更为复杂的蒸馏策略，以进一步提升模型性能。

需要注意的是，在选择进行Feature-based蒸馏的隐藏层时，需要谨慎考虑。不同层的特征具有不同的语义信息和抽象程度，因此选择合适的层进行蒸馏对于最终效果至关重要。此外，蒸馏过程中的损失函数和权重设置也需要根据具体任务和数据集进行调整。

综上所述，Feature-based蒸馏原理是通过利用教师模型的隐藏层特征来指导学生模型的学习过程，从而实现知识的迁移和模型性能的提升。这种方法在深度学习领域具有广泛的应用前景，尤其在需要提高模型特征提取能力的场景中表现出色。

二、如何进行多任务模型的知识蒸馏

（1）加载学生和教师模型
（2）定义分割蒸馏损失，定义检测蒸馏损失
（3）计算分割蒸馏损失，计算检测蒸馏损失
（4）计算学生模型的分割，检测损失
（5）计算总损失，反向传播

三、实现代码

（1）加载学生和教师模型

# 学生模型
model = torch.load(args.student_model, map_location=device)
# 教师模型
teacher_model = YourModel(task="multi")
teacher_model.load_state_dict(torch.load(args.teacher_model, map_location=device))

（2）定义分割蒸馏损失，定义检测蒸馏损失
分割损失，参考：【知识蒸馏】语义分割模型逻辑蒸馏实战，对剪枝的模型进行蒸馏训练

# ------------ seg logit distill loss -------------#
def seg_logit_distill_loss(t_pred, s_pred, tempature = 2):KD = nn.KLDivLoss(reduction='mean')t_p = F.softmax(t_pred / tempature, dim=1)s_p = F.log_softmax(s_pred / tempature, dim=1)loss = KD(s_p, t_p) * (tempature ** 2)return loss

检测损失，参考：【知识蒸馏】yolov5逻辑蒸馏和特征蒸馏实战

# ------------ det logit distill loss -------------#
def det_logit_distill_loss(t_pred,s_pred,tempature=1):L2 = nn.MSELoss(reduction="none")t_lobj = L2(s_pred[..., 4], t_pred[..., 4]).mean()t_lBox = L2(s_pred[..., :4], t_pred[..., :4]).mean()t_lcls = L2(s_pred[..., 5:], t_pred[..., 5:]).mean()return (t_lobj + t_lBox + t_lcls) * tempature

（3）计算分割蒸馏loss，计算检测蒸馏损失

with torch.no_grad():teacher_outputs = teacher_model(images)
# 分割蒸馏loss
teacher_seg_output = teacher_outputs.get("seg")
student_seg_output = predictions.get("seg")
seg_soft_loss = seg_logit_distill_loss(teacher_seg_output, student_seg_output)
# 检测蒸馏loss
teacher_det_output = teacher_outputs.get("det")
student_det_output = predictions.get("det")
det_soft_loss = det_logit_distill_loss(teacher_det_output, student_det_output)

（4）计算学生模型的分割，检测损失

det_loss = calc_det_loss(...)
seg_loss = CE_Loss(...)

（5）计算总损失，反向传播

seg_distill_loss = seg_loss * (1 - seg_alpha) + seg_soft_loss * seg_alpha
det_distill_loss = det_loss * (1 - det_alpha) + det_soft_loss * det_alpha
loss = det_distill_loss * Ratio_det + seg_distill_loss * Ratio_seg
loss.backward()