【CNN】浅谈经典神经网络Classic Network

参考：D2L
学习笔记

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前言

DL Advance

• Dropout
• ReLu
• MaxPooling
  
  • 在卷积神经⽹络中，组合使⽤卷积层、⾮线性激活函数和c池化层。
  • 为了构造⾼性能的卷积神经⽹络，通常对卷积层进⾏排列，逐渐降低其表⽰的空间分辨率，同时增
  加通道数。
  • 在传统的卷积神经⽹络中，卷积块编码得到的表征在输出之前需由⼀个或多个全连接层进⾏处理。

LeNet

卷积层：学习图片空间信息
池化层：降低模型复杂度，泛化模型
全连接层：转换到类别空间

AlexNet

更大更深的LeNet

8 layers:

• 5 Conv layers
• 3 FC hidding layers
• 1 FC out layers
  

1. 更大的池化窗口，使用最大池化层
2. 更大的卷积核和步长，因为图片
3. 新加了3层卷积层
4. 更多的输出通道
5. 1000类输出
6. 隐藏层从120到4096

more details

• 激活函数从sigmoid变到ReLu（缓减梯度消失）
• 隐藏全连接层后加入了丢弃层
• 数据增强

VGG

更深更大的AlexNet

• 3*3 Conv 深但窄 效果更好
• 多个可重复使用的VCG块后接全连接层
• 不同次数的重复块得到不同架构，不同的卷积快个数和超参数可以得到不同复杂度的变种

NiN

全连接层：参数爆炸
LeNet 16x5x5x120= 48k
AlexNet 256x5x5x4096= 26M
VGG 512x7x7x4096= 102M

NiN块

• 一个卷积层后跟两个全连接层
• 无全连接层
• 交替使用NiN块和步幅为2的最大池化层
  • 逐步减小高宽和增大通道数
• 最后使用全局平均池化层得到输出
  • 其输入通道数是类别数

GoogLeNet

思考：最好的卷积层超参数？
1×1 3×3 5×5 Max pooling Multiple 1×1
能不能全都要？

Inception块

4个路径从不同层面抽取信息，然后在输出通道维合并

1. 使用不同大小的卷积层
2. 跟输入等同高宽
3. 使用池化层
4. 降低通道数来控制模型复杂度
   • 总共256通道 一半给3×3 剩下一半给1×1 再分给5×5和1×1
   • 黑色1×1Conv 变化通道数
     橙色1×1Conv 抽取图像信息
     橙色3×3 5×5 Conv MaxPool抽取空间信息
5. 每条路上通道数可能不同

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与单3×3或5×5 Conv相比 Inception块有更少的参数个数和更低的计算复杂度

Details:

Stage3：通道分配不同 输出通道增加
Stage4：增加通道数，增加通道数
Stage5：增加通道数，1024维特征输出

ResNet

残差块：

• 每个附加层都应该更容易地包含原始函数作为其元素之一
• 堆叠层数的同时不会增加模型的复杂度

• 不包含1×1：输入加在了叠加层的输出上面
• 包含1×1：改变通道数，再加入到叠加层的输出上面

• 架构类似于VGG和GoogLeNet，但是替换成了ResNet块（ResNet块的每个卷积层后增加了批量归一化层）
• ResNet的前两层和GoogLeNet中的一样，也分成了5个stage：在输出通道数为64、步幅为2的7 * 7卷积层后，接步幅为2的3 * 3的最大汇聚层
• GoogLeNet在后面接了4由Inception块组成的模块；ResNet使用了4个由残差块组成的模块，每个模块使用若干个同样输出通道数的残差块，第一个模块的通道数同输入通道数一致；由于之前已经使用了步幅为2的最大汇聚层，所以无需减小高和宽；之后每个模块在第一个残差块里将上一个模块的通道数翻倍，并将高和宽减半
• 通过配置不同的通道数和模块中的残差块数可以得到不同的ResNet模型

Details：

残差连接（Residual Connection）

• 将乘法运算变成加法运算
• 将函数分解为：一个简单的线性项和一个复杂的非线性想v
• 避免梯度消失

$y=f(x)$
$y‘=f(x)+g(f(x))$ 表示使用堆叠的方式对原有的模型进行加深之后的模型
$y{‘}^{\prime }=f(x)+g(f(x))$ 表示使用残差连接的方式对原有的模型进行加深之后的模型输出
这两项来说，就算第二项的值比较小，但还是有第一项的值进行补充（大数加上一个小数还是一个大数，但是大数乘以一个小数就可能变成小数）