pytorch Vgg16笔记

悠悠 2023-06-11 11:30 144阅读 0赞

原本想直接跳过VGG，直接到PSEnet，但面试遇到很多使用VGG16的，于是静下心看看VGG网络到底是什么样的。  
**1 卷积核**  
又叫滤波器filter，在[pytorch 卷积神经网络笔记][pytorch]，我已经写出了卷积计算的公式，但是卷积核的大小是多少呢？先看看[卷积神经网络VGG16这么简单，为什么没人能说清？ ][VGG16_]，这里说卷积核一般用3\*3.可是为什么呢？[为什么倾向于使用3\*3 小卷积核堆叠代替大卷积核][3_3]  
在实践中[深度学习（05）–典型CNN结构（VGG13,16,19][05_CNN_VGG13_16_19],3x3的卷积核在VGG16中应用的很好，后来才被ResNet等其他网络模型借鉴过去。

*  像素八邻域信息  
    [数字图像处理入门（二）-邻域、连通性][-]  
    这里面又有三个概念4邻域、D领域、8领域、4连通、8连通，分别为下图所示：  
    ![1][]![2][]![3][]![4][]![5][]  
    那么为什么3\*3是最小的能够捕获像素八邻域信息的尺寸呢？  
    [为什么现在大家喜欢用3\*3小卷积？][3_3 1]
 *  感受野(Receptive Field)  
    [卷积神经网络中感受野的详细介绍][Link 1]，实际就是特征图feature map上的一个点对应输入图上的一个区域。  
    两层3x3的卷积核卷积操作之后的感受野是5x5，P=0，S=1  
    三层3x3卷积核操作之后的感受野是7x7，P=0，S=1  
    feature map长宽计算公式,其中W为宽度，H为高度，P为填充大小，K为卷积核大小，S为步长  
     W n + 1 = ( W n + 2 ∗ P − K ) / S + 1 W\_\{n+1\}=(W\_n+2\*P-K)/S+1 Wn\+1=(Wn\+2∗P−K)/S\+1  
     H n + 1 = ( H n + 2 ∗ P − K ) / S + 1 H\_\{n+1\}=(H\_n+2\*P-K)/S+1 Hn\+1=(Hn\+2∗P−K)/S\+1  
    根据这个公式就不难明白，两次卷积后，成为1个像素点，那么第一卷积后的feature map的维度必须是3x3，所以反推感受野是5x5.反推公式如下,从最后一层的感受野往前推  
     R F i = ( R F i + 1 − 1 ) ∗ S + K ⟹ ( 1 − 1 ) ∗ 1 + 3 = 3 ⟹ ( 3 − 1 ) ∗ 1 + 3 = 5 RF\_i=(RF\_\{i+1\}-1)\*S+K\\Longrightarrow (1-1)\*1+3=3\\Longrightarrow (3-1)\*1+3=5 RFi=(RFi\+1−1)∗S\+K⟹(1−1)∗1\+3=3⟹(3−1)∗1\+3=5  
    注意池化后的特征图大小为  
     W n + 1 = ( W n − F ) / S + 1 W\_\{n+1\}=(W\_n-F)/S+1 Wn\+1=(Wn−F)/S\+1  
     H n + 1 = ( H n − F ) / S + 1 H\_\{n+1\}=(H\_n-F)/S+1 Hn\+1=(Hn−F)/S\+1  
    **2 VGG网络**  
    [vgg论文][vgg]  
    [利用PyTorch实现VGG16][PyTorch_VGG16],[VGG系列(Pytorch实现)][VGG_Pytorch],对比这两篇文章，打印网络，发现两者有差异,其中一个在全连接曾做了dropout，而另一个没有做。有一篇文章写的较为优雅，这里做一下笔记分析一下：  
    **2.1 nn.Sequential**  
    这里在全链接层Fully Connected Layer使用了`nn.Sequential`，我们知道FC曾主要做分类的，这里建立一个顺序执行的模型，[pytorch系列7 -----nn.Sequential讲解][pytorch_7 -----nn.Sequential]，在这个容器中可以通过索引来获取，当然也可以取别名，参照[pytorch教程之nn.Sequential类详解——使用Sequential类来自定义顺序连接模型][pytorch_nn.Sequential_Sequential]

self.classifier = nn.Sequential(
                nn.Linear(512 * 7 * 7, 4096),
                nn.ReLU(True),
                nn.Dropout(),
                nn.Linear(4096, 4096),
                nn.ReLU(True),
                nn.Dropout(),
                nn.Linear(4096, num_classes),
            )
      # 下面是打印出来的顺序模型，前面的数字就是模型中层
      (classifier): Sequential(
        (0): Linear(in_features=25088, out_features=4096, bias=True)
        (1): ReLU(inplace=True)
        (2): Dropout(p=0.5, inplace=False)
        (3): Linear(in_features=4096, out_features=4096, bias=True)
        (4): ReLU(inplace=True)
        (5): Dropout(p=0.5, inplace=False)
        (6): Linear(in_features=4096, out_features=1000, bias=True)
      )

**2.2 make\_layers**  
在卷积层、池化层、RN层中在vgg的各个网络模型中有差异，于是将其中的参数提取出来，想用的时候只需要切换参数构建模型就很方便了。

cfg = {
        'A': [64, 'M', 128, 'M', 256, 256, 'M', 512, 512, 'M', 512, 512, 'M'],
        'B': [64, 64, 'M', 128, 128, 'M', 256, 256, 'M', 512, 512, 'M', 512, 512, 'M'],
        'D': [64, 64, 'M', 128, 128, 'M', 256, 256, 256, 'M', 512, 512, 512, 'M', 512, 512, 512, 'M'],
        'E': [64, 64, 'M', 128, 128, 'M', 256, 256, 256, 256, 'M', 512, 512, 512, 512, 'M', 512, 512, 512, 512, 'M'],
    }
    def make_layers(cfg, batch_norm=False):
        layers = []
        in_channels = 3
        for v in cfg:
            if v == 'M':
                layers += [nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2)]
            else:
                conv2d = nn.Conv2d(in_channels, v, kernel_size=3, padding=1)
                if batch_norm:
                    layers += [conv2d, nn.BatchNorm2d(v), nn.ReLU(inplace=True)]
                else:
                    layers += [conv2d, nn.ReLU(inplace=True)]
                in_channels = v
        return nn.Sequential(*layers)
    def vgg13_bn(**kwargs):
        model = VGG(make_layers(cfg['B'], batch_norm=True), **kwargs)
        return model

[pytorch]: https://blog.csdn.net/warrah/article/details/102742391
[VGG16_]: http://www.sohu.com/a/241338315_787107
[3_3]: https://www.jianshu.com/p/d75375dd7ebd
[05_CNN_VGG13_16_19]: https://blog.csdn.net/wangzi11111111/article/details/88945908
[-]: http://blog.sina.com.cn/s/blog_a98e39a201010six.html
[1]: https://img-blog.csdnimg.cn/20191030170928583.png
[2]: https://img-blog.csdnimg.cn/20191030170938853.png
[3]: https://img-blog.csdnimg.cn/20191030170951449.png
[4]: https://img-blog.csdnimg.cn/20191030171040214.png
[5]: /images/20230531/a46fa1cc72bc4c1e9f7e1e0a588a4d18.png
[3_3 1]: https://www.toutiao.com/a6706311102759698948/
[Link 1]: https://blog.csdn.net/program_developer/article/details/80958716
[vgg]: https://arxiv.org/pdf/1409.1556.pdf
[PyTorch_VGG16]: https://blog.csdn.net/qq_41563738/article/details/91346181
[VGG_Pytorch]: https://blog.csdn.net/zhanghao3389/article/details/85038252
[pytorch_7 -----nn.Sequential]: https://blog.csdn.net/dss_dssssd/article/details/82980222
[pytorch_nn.Sequential_Sequential]: https://blog.csdn.net/qq_27825451/article/details/90551513