残差神经网络ResNet学习,以ResNet18为例代码剖析

1.首先导入需要使用的包

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F

我用的是pytorch,所以导入这三个。

2.定义的残差模块结构

残差块有两种设计方式,左边的是用于18,34层的,这样参数多,右面这种设计方式参数少,适用于更深度的

残差神经网络ResNet学习,以ResNet18为例代码剖析_第1张图片

class ResidualBlock(nn.Module):
    def __init__(self, inchannel, outchannel, stride):
        super(ResidualBlock, self).__init__()
        self.left = nn.Sequential(
            nn.Conv2d(inchannel, outchannel, kernel_size=3, stride=stride, padding=1, bias=False),
            nn.BatchNorm2d(outchannel),
            nn.ReLU(inplace=True),
            nn.Conv2d(outchannel, outchannel, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False),
            nn.BatchNorm2d(outchannel)
        )
        self.shortcut = nn.Sequential()
        if stride != 1 or inchannel != outchannel:
            self.shortcut = nn.Sequential(
                nn.Conv2d(inchannel, outchannel, kernel_size=1, stride=stride, bias=False),
                nn.BatchNorm2d(outchannel)
            )

    def forward(self, x):
        out = self.left(x)
        out += self.shortcut(x)
        out = F.relu(out)
        return out

这段代码包括三个部分,

(1)self.left 这段代码主要是定义左边包括两个卷积层,其顺序为Conv2d—>BatchNorm2d—>ReLU—>Conv2d—>BatchNorm2

(2)self.shortcut 这段代码有两种情况,如果是每层的第一个残差块,则对上一层残差块进行降维,降维方法是使用1*1的卷积核,设置步长为2*2,使其与self.left执行后的保持一致。如果不是每层的第一个残差块,则对上一层残差块的输出不做处理,

(2)forward 这段代码主要实现了前面两段的相加,这样一个残差块就定义结束,这也就是残差的精髓。

3、ResNet主体部分的实现

class ResNet(nn.Module):
    def __init__(self, ResidualBlock, num_classes=10):
        super(ResNet, self).__init__()
        self.inchannel = 64
        self.conv1 = nn.Sequential(
            nn.Conv2d(3, 64, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False),
            nn.BatchNorm2d(64),
            nn.ReLU(),
        )
        self.layer1 = self.make_layer(ResidualBlock, 64,  2, stride=1)
        self.layer2 = self.make_layer(ResidualBlock, 128, 2, stride=2)
        self.layer3 = self.make_layer(ResidualBlock, 256, 2, stride=2)
        self.layer4 = self.make_layer(ResidualBlock, 512, 2, stride=2)
        self.fc = nn.Linear(512, num_classes)

    def make_layer(self, block, channels, num_blocks, stride):
        strides = [stride] + [1] * (num_blocks - 1)   #strides=[1,1]
        print(strides)
        layers = []
        for stride in strides:
            layers.append(block(self.inchannel, channels, stride))
            self.inchannel = channels
        return nn.Sequential(*layers)
    def forward(self, x):
        out = self.conv1(x)
        out = self.layer1(out)
        out = self.layer2(out)
        out = self.layer3(out)
        out = self.layer4(out)
        out = F.avg_pool2d(out,4)
        out = out.view(out.size(0), -1)
        out = self.fc(out)
        return out

这段代码也分为4个部分,

(1)self.conv1,这里首先对输入图像进行一次卷机

(2)self.layer   这里定义4个大layer,每个layer包括两个残差块,这里定义的是ResNet18,所以每个层都是2,

上边的一起看成是五个阶段

 (3)make_layer函数,首先判断步长,主要是由于每个层的残差块的第一个卷积层的步长不同,之后将layers中的所有残差块按顺序接在一起。

(4)forward函数,这个函数的作用是将每个layer连接起来。

4、定义ResNet18网络与查看网络模型

def ResNet18():

    return ResNet(ResidualBlock)

if __name__=='__main__':

    model = ResNet18()
    print(model)
    input = torch.randn(1, 3, 32, 32)
    out = model(input)
    print(out.shape)

在分析残差网络的时候,打印出网络模型,更容易理解点。

下面是我画的一个ResNet18模型架构,我是在cifar-10上跑的,所以输入是32*32,输出是10

残差神经网络ResNet学习,以ResNet18为例代码剖析_第2张图片

 

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