ResNet:Deep Residual Learning for Image Recognition

Bertha 。 2023-01-23 13:54 47阅读 0赞

##### ResNet:Deep Residual Learning for Image Recognition #####

### 文章目录 ###

*   *   *   *   *  ResNet:Deep Residual Learning for Image Recognition
                 *  参考
                 *  网络退化问题
                 *  残差结构
                 *   *  ResNet理论
                 *  网络结构
                 *   *  训练设置
                     *  其他ResNet结构
                 *  ResNet的效果
                 *  ResNet的极限深度

##### 参考 #####

*  [1、你必须要知道CNN模型：ResNet][1_CNN_ResNet]
 *  [2、ResNet论文详解][2_ResNet]
 *  [3、Caffe Scale层解析][3_Caffe Scale]
 *  [4、深度学习网络结构中超参数momentum了解][4_momentum]

##### 网络退化问题 #####

*  ![eda3a451e2432fd39e8e934064cab744.png][]
 *  卷积网络在深度堆叠（一定的深度后）的同时，其精度并没有随之上升。如上图所示，56-layer的网络的error比20-layer的高，training和testing都是如此，说明这个不是由过拟合导致的，而是网络的退化，并且在适当的深度模型上添加更多的层会导致更高的**训练误差**。
 *  网络层数堆叠的缺点：
    
     *  1.网络难以收敛，梯度消失/爆炸在一开始就阻碍网络的收敛。
     *  2.当更深的网络能够开始收敛时，暴露了一个**退化问题**：随着网络深度的增加，准确率达到饱和然后迅速下降。

##### 残差结构 #####

*  这是论文中的残差结构，其中H(x)为观察值，F(x)就是残差输出，F(x)=H(x)-x
    
     *  ![image-20210714235947190][]
 *  由于我这两天搞了个ResNet50版的R2CNN的模型，就以此为例
    
     *  用的卷积块一般由以下几部分组成：conv层、BN层、Scale层（参考链接3，在pytorch中属于BN的一部分，主要用于权重缩放和偏移）、ReLU
     *  其中卷积块的kernel size一般为131的组合，当kernel size=3的时候，pad=1，如此保持特征图前两维大小不变
     *  左路的卷积块为1x1卷积，在改变输出channel时候用于input的channel转换（如果channel数和输出一致，则不用这个，这个也就是残差的两种计算方式）
     *  ![image-20210715002627830][]

###### ResNet理论 ######

*  **残差结构确实比其他结构更易学习**
    
     *  如果添加的层可以被构建为恒等映射，更深模型的训练误差应该不大于它对应的更浅版本。退化问题表明求解器通过多个非线性层来近似恒等映射可能有困难。通过残差学习的重构，**如果恒等映射是最优的，求解器可能简单地将多个非线性连接的权重推向零来接近恒等映射。**
     *  在实际情况下，恒等映射不太可能是最优的，但是残差可能有助于对问题进行预处理。**如果最优函数比零映射更接近于恒等映射，则求解器应该更容易找到关于恒等映射的抖动，而不是将该函数作为新函数来学习。**
     *  对于不用channel变换的残差块，公式采用：
     *   y = F ( x , \{ W i \} ) + x y = F(x,\\\{W\_i\\\})+x y=F(x,\{ Wi\})\+x
        
         *  这里的y就是上面的H(x)，F就是残差,σ是ReLU函数，实际上也就是两个卷积层的运算，对于它为什么叫做残差运算，我个人目前的理解是：先残差结构整块看成黑盒，然后输出理论上就是几个卷积的正常输出，只不过占比不同了，由于还要加上input，F的占比从100%下降为50%，因此相对于整体输出（即H(x)）是残差的
     *   F = W 2 σ ( W 1 x ) F = W\_2σ(W\_1x) F=W2σ(W1x)
        
         *  对于需要channel变换残差块，公式采用：
 *   y = F ( x , \{ W i \} ) + W s x y = F(x,\\\{W\_i\\\})+W\_sx y=F(x,\{ Wi\})\+Wsx
    
     *  基本上就是把原来的x用1x1卷积变换下channel数，然后和残差输出相加

##### 网络结构 #####

*  ResNet整体参考了VGGnet（我觉得指的是参考了卷积层kernel为3这个设定），下图左侧是VGG19，右侧是resnet-34，中间是34层不带残差的网络
    
     *  ![image-20210715113731567][]

###### 训练设置 ######

*  输入：224x224
 *  标准色彩增强
 *  BN层
 *  优化器：SGD
 *  学习率从0.1开始，当误差稳定时除以10
 *  训练600000个iter
 *  权重衰减为0.0001，动量（momentum，见参考链接4）为0.9

###### 其他ResNet结构 ######

*  ![image-20210715125207390][]
 *  ![image-20210715132421792][]

##### ResNet的效果 #####

*  ![image-20210715125925564][]
 *  从这张图中的对比可以知道，残差结构可以有效缓解网络退化的问题，是的更深的网络（34-layer）的错误率更低

##### ResNet的极限深度 #####

*  下图中的ResNet在层数达到1000层的时候还是出现了退化现象，根据作者的实验，152层已经接近该版本ResNet的极限层数了
 *  ![image-20210715132225278][]

[1_CNN_ResNet]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/31852747/
[2_ResNet]: https://blog.csdn.net/qq_38807688/article/details/84259547
[3_Caffe Scale]: https://www.cnblogs.com/LaplaceAkuir/p/7811383.html
[4_momentum]: https://www.cnblogs.com/llfctt/p/9037581.html
[eda3a451e2432fd39e8e934064cab744.png]: /images/20221004/b7583441149c4632a6c00076f15f276d.png
[image-20210714235947190]: /images/20221004/0b65e9dff0744db89a0ecb5119e52171.png
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