ResNeXt网络解析

ResNeXt是ResNet和Inception的结合体.ResNeXt借鉴Inception的”分割-变换-聚合”策略(即split-transform-merge),不同于Inception 的是,ResNext不需要人工设计复杂的Inception结构细节,而是每一个分支都采用相同的拓扑结构。ResNeXt的本质是分组卷积(Group Convolution),通过引入基数(Cardinality)来控制分组的数量

1 split-transform-merge策略

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; 2 简化Inception

Inception是一个非常明显的”split-transform-merge”结构,作者认为Inception不同分支的不同拓扑结构的特征有非常刻意的人工雕琢的痕迹,而往往调整Inception的内部结构对应着大量的超参数,这些超参数调整起来是非常困难的。

所以作者的思想是每个结构使用相同的拓扑结构,那么这时候的Inception(这里简称简化Inception)表示为

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3 ResNeXt的block结构

结合强大的残差网络,我们得到的便是完整的ResNeXt中的block结构,也就是在简化Inception中添加一条short-cut,表示为:

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下图的左半部分就是ResNeXt中的Block结构,右半部分是Inception的Block结构。观察两个Block结构,最本质的差别,其实是Block内每个分支的拓扑结构,Inception为了提高表达能力/结合不同感受野,每个分支使用了不同的拓扑结构。而ResNeXt则使用了同一拓扑的分支,即ResNeXt的每个分支采用了相同的同拓扑结构
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在上图ResNeXt中的Block结构中,输入部分是的256通道的特征图,然后将其分成32个分支,每个分支的第一个卷积层的输入通道数是256,卷积核大小是1×1,输出通道是4,每个分支的第二个卷积层的输入通道数是4,卷积核大小是3×3,输出通道是4,每个分支的第三个卷积层的输入通道数是4,卷积核大小是1×1,输出通道是256,然后将这32个分支的输出特征图进行逐点相加。最后再通过短连接将相加的结果和输入部分再进行相加

下面我们分析一下ResNeXt中的Block结构中的 “split-transform-merge”过程,如下图所示;

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也就是说,如果只看每个Block中单独的支路(Branch),其实是一个常见的”降维→变换→升维”的Bottleneck结构。但是,若以”分割-变换-聚合”的角度考虑,那么第一个1*1conv的”降维”,实际上也是把输入分给基数(这里C=32)个低维嵌入的过程。

其实上图可以等价于下面更简单的表达:

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再进一步化简,上图最终等价于下面更简单的形式:在下图中,输入部分是一个256通道的特征图,第一个卷积层的输入通道是256,卷积核尺寸是1×1,输出通道是128,该卷积层将输入部分由256通道降维到128通道,第二个卷积层采用了分组卷积结构,它的输入通道数是128,卷积核尺寸是3×3,输出通道数是128,这里的参数group就是分组数,也就是前边所提的基数(Cardinality)。所以平分到每个 分组卷积层 的输入输出 通道数 都是。分组卷积层的作用是将第一个卷积层的输出特征图分组32个部分,使用分组卷积分别对每个部分分别进行卷积操作。第三个卷积层的输入通道是128,卷积核是1×1,输出通道数是256,该卷积层的作用是对前一层的分组卷积层的结果进行升维,将通道由128升维到256。最后将输入部分和第三个卷积层的输出部分进行相加得到最终结果
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; 4 ResNeXt和ResNet的对比

其实ResNeXt和ResNet的最本质的区别在于其中使用新的block替换后者中的block(特指ResNet中的瓶颈模块,即Bottleneck)

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注意:在ResNet18和在ResNet32中,它的block结构如下图所示,该block结构的网络层数只有2层,而在ResNeXt论文的作者认为,只有网络层数大于等于3,做上述变换才有意义。

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比如在下图所示,假设我们对ResNet18或ResNet32中的block进行上述变换,那么它最终得到等价于下图最右半部分,它仍然是由两层卷积层组成的残差块,所以该变换没有任何意义

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下图是ResNet50和ResNeXt50的参数表:
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ResNeXt和ResNet在相同计算量情况下,前者的错误率更低,如下图所示;

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Original: https://blog.csdn.net/m0_56192771/article/details/124161149
Author: 无码不欢的我
Title: ResNeXt网络解析

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