Inception-v4与Inception-ResNet结构详解(原创)

Inception-v4, Inception-ResNet and the Impact of Residual Connections on Learning，原文链接：https://arxiv.org/pdf/1602.07261.pdf

微软亚洲研究院的何恺明在2015年提出了震惊业界的ResNet结构，这种结构和以往的Inception结构走了两条不同的道路：前者主要关注加大网络深度后的收敛问题，而Inception更关注特征维度上的利用。如果把这两种方法结合起来会有什么效果呢？Szegedy在2016年就试验了一把，把这两种 最顶尖的结构混合到一起提出了Inception-ResNet，它的收敛速度更快但在错误率上和同层次的Inception相同；Szegedy还对自己以前提出的Inception-v3进行了一番改良，提出了Inception-v4。Inception-v4与Inception-ResNet集成的结构在ImageNet竞赛上达到了3.08%的top5错误率，也算当时的state-of-art performance了。下面分别来看看着两种结构是怎么优化的：

一、Inception-v4

Szegedy在2015年提出了Inception-v3的结构，Inception-v3的大部分结构仍是copy之前的v2、v1的，这主要是为分片训练考虑。2015年还没有tensorflow，如果整个结构在一台机器上训练就会占用较多的内存，所以需要把整个结构copy多台机器上跑，每台机器跑其中的一部分结构。分片训练时需要考虑各个机器上计算量的平衡来缩短总的训练时间，所以结构设计时会有很多限制。但到了2016年，Tensorflow开始广泛使用，Tensorflow对内存的占用做了很多优化，这时就不需要将整个结构分片来训练了，在这样的前提下Szegedy就开始了大刀阔斧的优化，有了Inception-v4。

图１左侧是Inception-v4的整体结构，图１右侧是其中的stem部分，用于对进入Inception模块前的数据进行预处理。stem部分其实就是多次卷积＋２次pooling，pooling采用了Inception-v3论文里提到的卷积＋pooling并行的结构，来防止bottleneck问题。stem后用了３种共１４个Inception模块(图２)，三种Inception模块具体是怎么取舍参数的论文没有过多解释，估计还是靠经验判断吧。三种Inception模块间的Reduction模块(图３)起到pooling作用，同样使用了并行的结构来防止bottleneck问题。

图１： Inception-v4结构

图２：从左到右分别为Inception-v4中的 Inception Ａ、 Inception Ｂ、 Inception Ｃ模块

图３： Inception-v4中的 Reduction模块

二、Inception-ResNet

Szegedy把Inception和ResNet混合，设计了多种Inception-ResNet结构，在论文中Szegedy重点描述了Inception-ResNet-v1(在Inception-v3上加入ResNet)和Inception-ResNet-v2(在Inception-v4上加入ResNet)，具体结构见图４和图５

图４： Inception-ResNet-v1 整体结构 图４： Inception-ResNet-v1 整体结构

图５： Inception-ResNet-v1 的三种 Inception 结构

性能测试结果我就不贴了，详细数据请看原文链接。