Few-shot 이미지 분류를 위한 프로토타입 노드 기반 그래프 신경망

Abstract

딥러닝 모델의 우수한 성능은 많은 양의 학습 데이터를 기반으로 이루어진다. 그러나 이러한 대량의 데이터를 얻기 어려운 다수의 도메인이 있으며, 이러한 도메인에서는 데이터의 수집과 정제에 많은 자원을 투자해야 한다. 이러한 한계를 극복하기 위한 방법으로 적은 수의 데이터만으로도 학습이 가능하도록 하는 few-shot 학습에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 특히 메타러닝 방법론 중 데이터 간의 유사도를 활용하는 메트릭 기반 학습은 새로운 태스크에 대한 모델의 미세 조정이 필요하지 않다는 장점을 지니며, 최근에는 여기에 그래프 신경망을 활용한 연구들이 좋은 결과를 보이고 있다. 그래프 신경망 기반의 few-shot 분류 모델은 주어진 서포트 셋과 쿼리 셋의 데이터를 노드로 하는 태스크 그래프를 구성함으로써, 데이터의 특성과 데이터 사이의 관계를 명시적으로 처리할 수 있다. EGNN(Egde-labeling Graph Neural Net) 모델의 경우, 데이터 간의 유사도를 엣지 레이블의 형태로 표현하여 보다 명확한 클래스 내 유사도와 클래스 간 유사도를 모델링한다. 본 논문에서는 이러한 few-shot 태스크 그래프에 각 클래스를 대표하는 프로토타입 노드를 적용하여, 데이터 간 유사도와 클래스-데이터 간 유사도를 동시에 모델링하는 방법을 제안한다. 제안하는 모델은 태스크의 데이터와 클래스 구성에 적합하게 생성되는 일반화된 프로토타입 노드를 제공하며, 프로토타입-쿼리 엣지 레이블 기반, 혹은 프로토타입-쿼리 노드 사이의 유클리드 거리를 기반으로 하는 두 가지의 서로 다른 few-shot 이미지 분류 예측을 수행할 수 있다. miniImageNet 데이터셋에 대한 5-way 5-shot 분류 성능을 EGNN 모델 및 기타 메타러닝 기반의 few-shot 분류 모델들과 비교한 결과, 제안하는 모델에서 의미 있는 성능 향상을 확인하였다.