【轻量级】轻量级网络结构总结

Depthwise-Wise convolutions是最近两年比较火的一种模块结构。这个结构第一次出现是在一篇博士论文中，L. Sifre. Rigid-motion scattering for image classification. hD thesis, Ph. D. thesis, 2014. 功力可想而知…

SqueezeNet

SqueezeNet: AlexNet-level accuracy with 50x fewer parameters and <0.5MB model size

Abstract

这篇是ICLR 2017（2016年上传到arxiv）的文章.主要针对模型压缩的.使用的是分类网络中的AlenNet为代表.
目前很多方法都是只关注精度的，但是在同等精度的情况下，小的模型很多优点，比如：（１）训练等更快（２）在部署时更少的带宽要求，例如自动驾驶汽车（３）可以部署到FPGA等.正是由于有这些优点，本文提出了一种小的CNN架构，SqueezeNet.实现了AlexNet模型参数减少了50倍.在受用模型压缩技术情况下，可以做到减少510倍参数，只有0.5MB的模型大小.

Related work

模型压缩方面：本文工作的首要目标是确认一个模型，保证精度的情况下使用很少的参数.目前已经有许多模型压缩的方法了：SVD；设置阈值的方法；Deep Compression等.
CNN网络模块方面：目前有Inception modules等.
CNN网络架构方面：目前有bypass connections等.

Framework

本文针对保持精度减少参数提出了三个策略：(1)用1x1filters来代替3x3filters(2)减少3x3filters的输入通道数(3)推迟下采样，保证网络有大的activation maps.很容易看出来，(1)(2)是为了减少参数的，而(3)是为了在限制的参数数量条件下提高精度的.
针对(1)(2)本文提出了一种网络模块Fire Module.

针对(3)，本文对Fire Module进行了组合，创建了SqueezeNet.

Experiment

这部分做了本文提出的性能与其他方法的比较.

这一部分来分析Fire Module中超参数的合适取值，来保证准确率.

接着实验说明了bypass结构的使用对结果的影响.

Code

• 项目主页: https://github.com/DeepScale/SqueezeNet

Xception

Xception: Deep Learning with Depthwise Separable Convolutions

Introduction

Xception是2016.10的文章，由Google提出，发表于CVPR 2017。值得一提的是，作者只有一个人。
Xception认为在卷积操作中channel和spatial相关性是可以解耦的，而普通的卷积时将两者混合起来进行的运算。通过解耦这两部分，可以精确控制channel和spatial上的运算，实验上可以提高性能。

Framework

因此，Xception中的’X’是Extreme的意思.
Xception和原depth separable convolution有两个不同点：(1)DWC是先channel-wise，然后point-wise(1x1)而Xception与之相反，先point-wise，然后channel-wise.
总体架构如下：

Experiment

这个网络虽然不是针对轻量级网络进行设计的，但是depth-wise separable conv可以减少网络参数，提高网络性能，在后几篇文章中均使用这个思想。

Code

• 非官方caffe版：https://github.com/yihui-he/Xception-caffe

MobileNet v1

MobileNets: Efficient Convolutional Neural Networks for Mobile Vision Applications

Abstract

CVPR 2017的论文，Google团队.
利用depth-wise separable convolution构建轻量级DNN. 同时引入了两个超参数来权衡精度和速度：width multiplier & resolution multiplier.

Motivation

DSC可以减少参数，并提高性能，也是受Xception的启发

Framework

同时，为了使用不同应用场景，加入了两个超参数width multiplier (通道乘数/乘子) & resolution multiplier(分辨率乘子)

Experiment

在多种任务上进行评测：细粒度识别、大规模地形、人脸属性、物体检测、人脸嵌入

Code

• 非官方Caffe: https://github.com/shicai/MobileNet-Caffe

ShuffleNet

ShuffleNet: An Extremely Efficient Convolutional Neural Network for Mobile Devices

Abstract

CVPR 2017, Face ++ 团队. 一作Xiangyu Zhang是师兄的mentor…膜拜
提出ShuffleNet，由两种操作组成：group conv和channel shuffle，最终的结果在性能和速度上超过mobilenet v1.

Movitation

在Xception和ResNeXt中发现，在特别小的网络中，1x1卷积花费很大，而1x1卷积存在的作用是group conv会导致不同group中的信息不流通，因此，本文提出channel shuffle代替point-wise conv，来提高效率和性能。

Framework

Experiment

Code

• 非官方Caffe: https://github.com/farmingyard/ShuffleNet

MobileNet v2

MobileNetV2: Inverted Residuals and Linear Bottlenecks

Abstract

暂时还没有发表，Google团队的工作
在MobileNet v1的基础上添加resdidual的思想，组成Inverted residual，并把窄的bottlenetck移除ReLU，换成Linear Bottleneck.

Framwork

• Linear Bottleneck
  
  通过观察ReLu在channel比较低的时候在高维空间比较难恢复到原始的信息，推测原因是ReLu在channel较低时使很多地方变为0，无法恢复，因此提出Linear Bottleneck，不使用ReLU.
  

• Inverted residual
  使用skip connection.
  

Experiment

Code

• 非官方Caffe(同mobilenet v1): https://github.com/shicai/MobileNet-Caffe