一文带你读懂残差网络ResNet

 作者 ：“码上有钱”
 文章简介 ：AI-残差算法
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简介

残差网络（Residual Neural Network, ResNet）是深度神经网络的一种。它通过增加跨层连接（skip connection）将输入信息直接传递到输出，有助于解决深层网络训练中的梯度消失和梯度爆炸问题，减少了参数量，提高了网络性能。

问题

1. 在传统的神经网络结构，信号从输入到输出需要经过多个非线性映射，每一层映射的输出结果都作为下一层映射的输入进行处理。但是，这样的映射过程将产生一些问题，例如深层神经网络难以训练，梯度消失问题、梯度爆炸问题等。
2. 同时由于神经网络层数的增多，会出现精度退却的问题。

如下图，层数多训练和测试精度反而不高。

残差结构

为了解决这些问题，ResNet提出了残差块，它采用了跳跃式连接的方法，在网络中加入直接连接以便于信息的快速传递。

在学习过程中，优先选择更短的路径学习，以至于效果至少不会太差！

优点

1. 强大的非线性建模能力：残差网络由于可以通过堆叠多个隐藏层，从而可以学习到更复杂的非线性关系。这使得残差网络在许多复杂任务上比传统的神经网络表现更好。
2. 避免梯度消失和梯度爆炸问题：由于深层网络的反向传播过程中的梯度会逐渐变小（梯度消失）或者变大（梯度爆炸），导致模型难以收敛或者训练不稳定。残差网络通过跨层连接直接传递梯度，有效地解决了这个问题。
3. 可以训练更深的网络：传统的神经网络很难训练超过几十层，而残差网络则可以轻松地训练数百层甚至更深的网络结构。
4. 更少的参数：相比普通的卷积神经网络，在保持相同性能的情况下，残差网络需要的参数数量要少很多。这是因为残差网络的每一个Residual Block只需要学习残差部分，而不需要重复学习输入数据。
5. 加速训练：由于残差网络的结构，每个层只需要学习残差部分，可以减少训练参数的数量、减小计算量，从而加快网络的训练。
6. 提高模型稳定性：由于残差网络的输入和输出是一致的，使得网络更容易收敛并且更稳定。