读书笔记TF033

ResNet(Residual Neural Network),微软探究院 Kaiming
He等4名华夏族建议。通过Residual Unit磨练152层深神经网络,ILSVSportageC
二零一四竞赛亚军,3.1/4top-5错误率,参数量比VGGNet低,效果格外杰出。ResNet结构,十分的快加快超深神经网络磨炼,模型准确率相当的大提高。英斯ption
V4,Inception Module、ResNet结合。ResNet推广性好。

上学笔记TF033:实现ResNet,tf033resnet

ResNet(Residual Neural Network),微软研究院 Kaiming
He等4名中华夏族民共和国人提议。通过Residual Unit磨炼152层深神经网络,ILSVKoleosC
二零一四竞赛季军,3.一半top-5错误率,参数量比VGGNet低,效果特别非凡。ResNet结构,十分的快加快超深神经网络练习,模型准确率非常的大进步。英斯ption
V4,Inception Module、ResNet结合。ResNet推广性好。

瑞十教师Schmidhuber(LSTM互联网发明者,1998年)建议Highway
Network。化解极深神经互联网难锻练难点。修改每层激活函数,从前激活函数只是对输入非线性别变化换y=H(x,WH),Highway
NetWork保留一定比例原始输入x,y=H(x,WH)·T(x,WT)+x·C(x,WC),T变换周密,C保留周密,令C=1-T。前边一层音讯,一定比重不通过矩阵乘法和非线性别变化换,直接传输下一层。Highway
Network,gating
units学习决定网络消息流,学习原始消息应封存比例。gating机制,Schmidhuber教授早年LSTM循环神经互连网gating。几百上千层深Highway
Network,直接梯度降低算法练习,协作两种非线性激活函数,学习极深神经互连网。Highway
Network允许陶冶任意深度互联网,优化措施与网络深度独立。

ResNet
允许原始输入音讯直接传输到后层。Degradation难点,不断深化神经网络深度,准确率先上涨达到饱和,再下滑。ResNet灵感,用全等映射直接将前层输出传到后层。神经互联网输入x,期望输出H(x),输入x直接传到输出作伊始结果,学习指标F(x)=H(x)-x。ResNet残差学习单元(Residual
Unit),不再念书欧洲经济共同体输出H(x),只学习输出输入差距H(x)-x,残差。

ResNet,很多旁路支线,输入直接连到后层,后层直接攻读残差,shortcut或connections。直接将输入音信绕道传到输出,尊崇消息完整性,整个网络只学习输入、输出差距,简化学习指标、难度。

两层残新式学习单元包涵多个一律输出通道数3×3卷积。三层残差互连网用Network
In Network和英斯ption Net
1×1卷积。在中等3×3卷积前后都用1×1卷积,先降维再升维。要是输入输出维度分歧,对输入x线性映射变换维度,再接后层。

layername outputsize 18-layer 34-layer 50-layer 101-layer 152-layer
conv1 112×112 7×7,64,stride 2
conv2_x 56×56 3×3 max pool,stride 2
3×3,64×2 3×3,64×3 1×1,64×3 1×1,64×3 1×1,64×3
3×3,64 3×3,64 3×3,64 3×3,64 3×3,64
1×1,256 1×1,256 1×1,256
conv3_x 28×28 3×3,128×2 3×3,128×4 1×1,128×4 1×1,128×4 1×1,128×8
3×3,128 3×3,128 3×3,128 3×3,128 3×3,128
1×1,512 1×1,512 1×1,512
conv4_x 14×14 3×3,256×2 3×3,256×6 1×1,256×6 1×1,256×23 1×1,256×36
3×3,256 3×3,256 3×3,256 3×3,256 3×3,256
1×1,1024 1×1,1024 1×1,1024
conv5_x 7×7 3×3,512×2 3×3,512×3 1×1,512×3 1×1,512×3 1×1,512×3
3×3,512 3×3,512 3×3,512 3×3,512 3×3,512
1×1,2048 1×1,2048 1×1,2048
1×1 average pool,1000-d fc,softmax
FLOPs 1.8×10^9 3.6×10^9 3.8×10^9 7.6×10^9 11.3×10^9

ResNet结构,消除层数不断深化练习集误差增大现象。ResNet网络练习误差随层数增大渐渐减小,测试集表现变好。谷歌(Google)借鉴ResNet,提议英斯ption
V4和英斯ption-ResNet-V2,ILSV逍客C错误率3.08%。《Identyty Mappings in Deep
Residual Networks》建议ResNet
V2。ResNet残差学习单元传播公式,前馈音讯和反映信号可直接传输。skip
connection 非线性激活函数,替换Identity
Mappings(y=x)。ResNet每层都用Batch Normalization。

施密德huber教授,ResNet,没有gates
LSTM互连网,输入x传递到后层进程一贯发生。ResNet等价LANDNN,ResNet类似多层互连网间集成方法(ensemble)。

《The Power of Depth for Feedforward Neural
Networks》,理论注解加深网络比加宽互联网更管用。

Tensorflow完成ResNet。contrib.slim库,原生collections。collections.namedtuple设计ResNet基本Block模块组named
tuple,创制Block类,唯有数据结构,没有具体方法。典型Block,多少个参数,scope、unit_fn、args。
Block(‘block1’, bottleneck, [(256, 64, 1)] * 2 + [(256, 64,
2)]),block1是Block名称(或scope),bottleneck是ResNet
V2残差学习单元。最终参数是Block
args,args是列表,各类成分对应bottleneck残差学习单元。前边七个因素(256,
64, 1),第③要素(256, 64,
2),每种成分都以三元tuple(depth,depth_bottleneck,stride)。(256, 64,
3)代表bottleneck残差学习单元(多少个卷积层),第壹层输出通道数depth
256,前两层输出通道数depth_bottleneck 64,中间层步长stride
3。残差学习单元结构[(1×1/s1,64),(3×3/s3,64),(1×1/s1,256)]。

降采集样品subsample方法,参数inputs(输入)、factor(采集样品因子)、scope。fator1,不做修改直接重回inputsx,不为1,用slim.max_pool2d最大池化完毕。1×1池化尺寸,stride步长,落成降采集样品。

定义conv2d_same函数创设卷积层,若是stride为1,用slim.conv2d,padding形式SAME。stride不为1,显式pad
zero。pad zero总数kernel_size-1
pad_beg为pad//2,pad_end为余下有些。tf.pad补零输入变量。已经zero
padding,只需padding方式VALID的slim.conv2d创办此卷积层。

概念堆叠Blocks函数,参数net输入,blocks是Block class
列表。outputs_collections收集各end_points
collections。两层循环,每一种Block,每种Residual
Unit堆叠。用七个tf.variable_scope命名残差学习单元block/unit_1形式。第2层循环,每个Block每个Residual
Unit
args,展开depth、depth_bottleneck、stride。unit_fn残差学习单元生成函数,顺序创立连接全部残差学习单元。slim.utils.collect_named_outputs函数,输出net添加到collection。全部Block全体Residual
Unit堆叠完,重临最后net作stack_blocks_dense函数结果。

创建ResNet通用arg_scope,定义函数参数私下认可值。定义练习标记is_training默许True,权重衰减速度weight_decay暗中认可0.001。BN衰减速率暗中同意0.997,BN
epsilon私下认可1e-5,BN
scale私下认可True。先安装好BN各项参数,通过slim.arg_scope设置slim.conv2d默许参数,权重正则器设L2正则,权重起头化器设slim.variance_scaling_initializer(),激活函数设ReLU,标准化器设BN。最大池化padding格局默许设SAME(诗歌中用VALID),特征对齐更简约。多层嵌套arg_scope作结果再次来到。

概念宗旨bottleneck残差学习单元。ResNet V2杂文Full Preactivation Residual
Unit 变种。每层前都用Batch
Normalization,输入preactivation,不在卷积进行激活函数处理。参数,inputs输入,depth、depth_bottleneck、stride,outputs_collections收集end_points
collection,scope是unit名称。用slim.utils.last_dimension函数获取输入最终维度输出通道数,参数min_rank=4限定最少5个维度。slim.batch_norm
输入 Batch Normalization,用ReLU函数预激活Preactivate。

定义shorcut,直连x,假如残差单元输入通道数depth_in、输出通道数depth一致,用subsample,步长stride,inputs空间降采集样品,确认保证空间尺寸和残差一致,残差中间层卷积步长stride;借使不均等,用步长stride
1×1卷积改变通道数,变一致。

定义residual(残差),3层,1×1尺寸、步长1、输出通道数depth_bottleneck卷积,3×3尺寸、步长stride、输出通道数depth_bottleneck卷积,1×1尺码、步长1、输出通道数depth卷积,得最终residual,最终层没有正则项尚未激活函数。residual、shorcut相加,得最终结果output,用slim.utils.collect_named_outputs,结果添加collection,重临output函数结果。

概念生成ResNet
V2主函数。参数,inputs输入,blocks为Block类列表,num_classes最终输出类数,global_pool标志是不是加最后一层全局平均池化,include_root_block标志是或不是加ResNet互连网最前头7×7卷积、最大池化,reuse标志是不是重用,scope整个网络名称。定义variable_scope、end_points_collection,通过slim.arg_scope设slim.con2d、bottleneck、stack_block_dense函数的参数outputs_collections默认end_points_colletion。根据include_root_block标记,创立ResNet最前面64出口通道步长2的7×7卷积,接步长2的3×3最大池化。三个上涨幅度2层,图片尺寸裁减为四分之一。用stack_blocks_dense生成残差学习模块组,依据标记添加全局平均池化层,用tf.reduce_mean落成全局平均池化,成效比直接avg_pool高。依照是不是有分类数,添加输出通道num_classes1x1卷积(无激活函数无正则项),添加Softmax层输出互连网结果。用slim.utils.convert_to_dict
转化collection为Python dict。最终回来net、end_points。

50层ResNet,五个残差学习Blocks,units数量为3、4、6、3,总层数(3+4+6+3)x3+2=50。残差学习模块前,卷积、池化把尺寸收缩4倍,前三个Blocks包括步长2层,总尺寸减弱4×8=32倍。输入图片尺寸最终变224/32=7。ResNet不断用步长2层缩减尺寸,输出通道数持续增多,达到2048。

152层ResNet,第二Block units数8,第三Block units数36。

200层ResNet,第二Block units数23,第三Block units数36。

评测函数time_tensorflow_run测试152层ResNet
forward质量。图片尺寸224×224,batch size 32。is_training
FLAG设False。resnet_v2_152创办互联网,time_tensorflow_run评测forward质量。耗费时间扩大一半,实用卷积神经互联网布局,补助超深网络磨练,实际工业使用forward质量不差。

参考资料:
《TensorFlow实践》

迎接付费咨询(150元每时辰),作者的微信:qingxingfengzi

http://www.bkjia.com/Pythonjc/1220094.htmlwww.bkjia.comtruehttp://www.bkjia.com/Pythonjc/1220094.htmlTechArticle学习笔记TF033:实现ResNet,tf033resnet
ResNet(Residual Neural Network),微软研讨院 Kaiming
He等4名中夏族民共和国人建议。通过Residual Unit陶冶152层深神经互联网,ILSV…

瑞十助教Schmidhuber(LSTM互联网发明者,1996年)建议Highway
Network。消除极深神经网络难陶冶难题。修改每层激活函数,在此之前激活函数只是对输入非线性别变化换y=H(x,WH),Highway
NetWork保留一定比例原始输入x,y=H(x,WH)·T(x,WT)+x·C(x,WC),T变换周到,C保留周到,令C=1-T。前边一层新闻,一定比重不通过矩阵乘法和非线性别变化换,间接传输下一层。Highway
Network,gating
units学习决定网络消息流,学习原始音信应封存比例。gating机制,Schmidhuber教授早年LSTM循环神经互联网gating。几百上千层深Highway
Network,直接梯度下落算法训练,同盟二种非线性激活函数,学习极深神经网络。Highway
Network允许练习任意深度网络,优化措施与互连网深度独立。

ResNet
允许原始输入音信直接传输到后层。Degradation难题,不断加剧神经网络深度,准确率先回涨达到饱和,再下跌。ResNet灵感,用全等映射直接将前层输出传到后层。神经网络输入x,期望输出H(x),输入x直接传到输出作开端结果,学习指标F(x)=H(x)-x。ResNet残差学习单元(Residual
Unit),不再念书欧洲经济共同体输出H(x),只学习输出输入差距H(x)-x,残差。

ResNet,很多旁路支线,输入直接连到后层,后层直接攻读残差,shortcut或connections。直接将输入消息绕道传到输出,爱慕信息完整性,整个网络只学习输入、输出差异,简化学习目的、难度。

两层残新式学习单元包罗多少个一样输出通道数3×3卷积。三层残差网络用Network
In Network和英斯ption Net
1×1卷积。在中游3×3卷积前后都用1×1卷积,先降维再升维。假诺输入输出维度差异,对输入x线性映射变换维度,再接后层。

layername outputsize 18-layer 34-layer 50-layer 101-layer 152-layer
conv1 112×112 7×7,64,stride 2
conv2_x 56×56 3×3 max pool,stride 2
3×3,64×2 3×3,64×3 1×1,64×3 1×1,64×3 1×1,64×3
3×3,64 3×3,64 3×3,64 3×3,64 3×3,64
1×1,256 1×1,256 1×1,256
conv3_x 28×28 3×3,128×2 3×3,128×4 1×1,128×4 1×1,128×4 1×1,128×8
3×3,128 3×3,128 3×3,128 3×3,128 3×3,128
1×1,512 1×1,512 1×1,512
conv4_x 14×14 3×3,256×2 3×3,256×6 1×1,256×6 1×1,256×23 1×1,256×36
3×3,256 3×3,256 3×3,256 3×3,256 3×3,256
1×1,1024 1×1,1024 1×1,1024
conv5_x 7×7 3×3,512×2 3×3,512×3 1×1,512×3 1×1,512×3 1×1,512×3
3×3,512 3×3,512 3×3,512 3×3,512 3×3,512
1×1,2048 1×1,2048 1×1,2048
1×1 average pool,1000-d fc,softmax
FLOPs 1.8×10^9 3.6×10^9 3.8×10^9 7.6×10^9 11.3×10^9

ResNet结构,消除层数不断加深陶冶集误差增大现象。ResNet网络磨炼误差随层数增大慢慢减小,测试集表现变好。谷歌借鉴ResNet,提议Inception
V4和英斯ption-ResNet-V2,ILSVLANDC错误率3.08%。《Identyty Mappings in Deep
Residual Networks》提出ResNet
V2。ResNet残差学习单元传播公式,前馈新闻和上报信号可平素传输。skip
connection 非线性激活函数,替换Identity
Mappings(y=x)。ResNet每层都用Batch Normalization。

Schmidhuber教师,ResNet,没有gates
LSTM互联网,输入x传递到后层进度平昔发生。ResNet等价PAJERONN,ResNet类似多层互联网间集成方法(ensemble)。

《The Power of Depth for Feedforward Neural
Networks》,理论表明加深互联网比加宽互联网更实惠。

Tensorflow达成ResNet。contrib.slim库,原生collections。collections.namedtuple设计ResNet基本Block模块组named
tuple,创立Block类,唯有数据结构,没有具体方法。典型Block,多个参数,scope、unit_fn、args。
Block(‘block1’, bottleneck, [(256, 64, 1)] * 2 + [(256, 64,
2)]),block1是Block名称(或scope),bottleneck是ResNet
V2残差学习单元。最终参数是Block
args,args是列表,每一个元素对应bottleneck残差学习单元。后面多少个要素(256,
64, 1),第长富素(256, 64,
2),每一个成分都是伊利tuple(depth,depth_bottleneck,stride)。(256, 64,
3)代表bottleneck残差学习单元(多少个卷积层),第①层输出通道数depth
256,前两层输出通道数depth_bottleneck 64,中间层步长stride
3。残差学习单元结构[(1×1/s1,64),(3×3/s3,64),(1×1/s1,256)]。

降采集样品subsample方法,参数inputs(输入)、factor(采集样品因子)、scope。fator1,不做修改直接回到inputsx,不为1,用slim.max_pool2d最大池化达成。1×1池化尺寸,stride步长,达成降采集样品。

定义conv2d_same函数成立卷积层,假诺stride为1,用slim.conv2d,padding格局SAME。stride不为1,显式pad
zero。pad zero总数kernel_size-1
pad_beg为pad//2,pad_end为余下部分。tf.pad补零输入变量。已经zero
padding,只需padding方式VALID的slim.conv2d创设此卷积层。

概念堆叠Blocks函数,参数net输入,blocks是Block class
列表。outputs_collections收集各end_points
collections。两层循环,各种Block,各种Residual
Unit堆叠。用八个tf.variable_scope命名残差学习单元block/unit_1形式。第2层循环,每个Block每个Residual
Unit
args,展开depth、depth_bottleneck、stride。unit_fn残差学习单元生成函数,顺序创设连接全部残差学习单元。slim.utils.collect_named_outputs函数,输出net添加到collection。全部Block全部Residual
Unit堆叠完,再次来到最后net作stack_blocks_dense函数结果。

创建ResNet通用arg_scope,定义函数参数暗许值。定义练习标记is_training私下认可True,权重衰减速度weight_decay默许0.001。BN衰减速率暗中同意0.997,BN
epsilon暗中同意1e-5,BN
scale暗中认可True。先安装好BN各项参数,通过slim.arg_scope设置slim.conv2d默许参数,权重正则器设L2正则,权重开首化器设slim.variance_scaling_initializer(),激活函数设ReLU,标准化器设BN。最大池化padding格局暗中认可设SAME(杂谈中用VALID),特征对齐更简短。多层嵌套arg_scope作结果回到。

概念大旨bottleneck残差学习单元。ResNet V2诗歌Full Preactivation Residual
Unit 变种。每层前都用Batch
Normalization,输入preactivation,不在卷积进行激活函数处理。参数,inputs输入,depth、depth_bottleneck、stride,outputs_collections收集end_points
collection,scope是unit名称。用slim.utils.last_dimension函数获取输入末了维度输出通道数,参数min_rank=4限定最少四个维度。slim.batch_norm
输入 Batch Normalization,用ReLU函数预激活Preactivate。

定义shorcut,直连x,即使残差单元输入通道数depth_in、输出通道数depth一致,用subsample,步长stride,inputs空间降采集样品,确定保证空间尺寸和残差一致,残差中间层卷积步长stride;假诺分裂,用步长stride
1×1卷积改变通道数,变一致。

定义residual(残差),3层,1×1尺码、步长1、出口通道数depth_bottleneck卷积,3×3尺寸、步长stride、输出通道数depth_bottleneck卷积,1×1尺寸、步长1、出口通道数depth卷积,得最终residual,最后层没有正则项尚未激活函数。residual、shorcut相加,得最终结果output,用slim.utils.collect_named_outputs,结果添加collection,再次回到output函数结果。

概念生成ResNet
V2主函数。参数,inputs输入,blocks为Block类列表,num_classes最终输出类数,global_pool标志是还是不是加最终一层全局平均池化,include_root_block标志是还是不是加ResNet互连网最前面7×7卷积、最大池化,reuse标志是还是不是重用,scope整个互连网名称。定义variable_scope、end_points_collection,通过slim.arg_scope设slim.con2d、bottleneck、stack_block_dense函数的参数outputs_collections默认end_points_colletion。根据include_root_block标记,创制ResNet最前边64输出通道步长2的7×7卷积,接步长2的3×3最大池化。五个增长幅度2层,图片尺寸缩短为百分之二十五。用stack_blocks_dense生成残差学习模块组,依据标记添加全局平均池化层,用tf.reduce_mean完结全局平均池化,效用比直接avg_pool高。依照是还是不是有分类数,添加输出通道num_classes1x1卷积(无激活函数无正则项),添加Softmax层输出互联网结果。用slim.utils.convert_to_dict
转化collection为Python dict。最终回到net、end_points。

50层ResNet,五个残差学习Blocks,units数量为3、4、6、3,总层数(3+4+6+3)x3+2=50。残差学习模块前,卷积、池化把尺寸减少4倍,前2个Blocks包括步长2层,总尺寸缩短4×8=32倍。输入图片尺寸最终变224/32=7。ResNet不断用步长2层缩减尺寸,输出通道数持续增多,达到2048。

152层ResNet,第二Block units数8,第三Block units数36。

200层ResNet,第二Block units数23,第三Block units数36。

评测函数time_tensorflow_run测试152层ResNet
forward品质。图片尺寸224×224,batch size 32。is_training
FLAG设False。resnet_v2_152创造网络,time_tensorflow_run评测forward品质。耗费时间扩张二分一,实用卷积神经网络布局,帮衬超深互联网陶冶,实际工业应用forward品质不差。

参考资料:
《TensorFlow实战》

欢迎付费咨询(150元每时辰),作者的微信:qingxingfengzi