|更大的模型并不总是更好的模型，微型机器学习将是未来的方向( 四 )

在此图中， ''老师''是训练有素的神经网络模型。教师的任务是将其''知识''转移到参数较少的较小的网络模型中，即''学生'' 。此过程用于将相同的知识包含在较小的网络中，从而提供一种压缩知识表示的方式，从而压缩神经网络的大小，以便可以将其用于更多受内存限制的设备。
同样，修剪可以帮助使模型的表示更加紧凑。广义上讲，修剪尝试删除对输出预测几乎没有用的神经元。这通常与较小的神经权重相关联，而由于在推理过程中它们的重要性较高，因此会保留较大的权重。然后在修剪后的体系结构上对网络进行再培训，以微调输出。

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用于提取模型的知识表示形式的修剪
量化
蒸馏后，然后将模型量化后训练成与嵌入式设备的体系结构兼容的格式。
为什么需要量化？想象一下使用ATmega328P微控制器的Arduino Uno ，该微控制器使用8位算术。要在Uno上运行模型，理想情况下，模型权重必须存储为8位整数值（而许多台式机和笔记本电脑使用32位或64位浮点表示法）。通过对模型进行量化，权重的存储大小将减少4倍（对于从32位到8位值的量化），准确性通常受到的影响可以忽略不计（通常约为1-3％）。

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8位编码期间的量化误差插图（然后用于重建32位浮点数）
由于某些信息可能会在量化过程中丢失（例如，在基于整数的平台上，浮点表示形式的值为3.42可能会被截断为3）。为了解决这个问题，还提出了量化感知（QA）培训作为替代方案。 QA训练从本质上将训练期间的网络限制为仅使用量化设备上可用的值。
霍夫曼编码
编码是一个可选步骤，有时会通过最大有效地存储数据（通常通过著名的来进一步减小模型大小。
汇编
对模型进行量化和编码后，将其转换为可由某种形式的轻型神经网络解释器解释的格式，其中最受欢迎的可能是（?500 KB大小）和（?大小为20 KB）。然后将模型编译为C或C ++代码（大多数微控制器使用的语言以有效利用内存），并由解释器在设备上运行。

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TInyML应用程序的工作流程
tinyML的大多数技能来自处理微控制器的复杂世界。 TF Lite和TF Lite Micro非常小，因为已删除了所有不必要的功能。不幸的是，这包括有用的功能，例如调试和可视化。这意味着，如果在部署过程中出现错误，可能很难分辨正在发生什么。
【|更大的模型并不总是更好的模型，微型机器学习将是未来的方向】另外，尽管模型必须存储在设备上，但模型还必须能够执行推理。这意味着微控制器必须具有足够大的内存以使其能够运行（1）其操作系统和库，（2）神经网络解释器（例如TF Lite），（3）存储的神经权重和神经体系结构，以及（4）推理过程中的中间结果。因此， tinyML研究论文中经常引用量化算法的峰值内存使用量，以及内存使用量，乘法累加单位（MAC）的数量，准确性等。
为什么不在设备上训练？
在设备上进行训练会带来更多的并发症。由于数值精度降低，要保证足够的网络训练所需的精度水平变得极为困难。标准台式计算机上的自动区分方法对于机器精度大约是准确的。以10 ^ -16的精度计算导数是令人难以置信的，但是对8位值使用自动微分将导致较差的结果。在反向传播过程中，这些导数会复合并最终用于更新神经参数。在如此低的数值精度下，这种模型的精度可能很差。