2.9.GoogLeNet - 技术栈

GoogLeNet

主要解决了什么样大小的卷积核是最合适的：有时使用不同大小的卷积核组合是有利的

1.Inception块

Inception块由四条并行路径组成。前三条路径使用窗口大小为1×1、3×3和5×5的卷积层，从不同空间大小中提取信息。

中间的两条路径在输入上执行1×1卷积，以减少通道数，从而降低模型的复杂性。

第四条路径使用3×3最大汇聚层，然后使用1×1卷积层来改变通道数。

这四条路径都使用合适的填充来使输入与输出的高和宽一致，最后我们将每条线路的输出在通道维度上连结，并构成Inception块的输出。在Inception块中，通常调整的超参数是每层输出通道数。

和3*3和5*5卷积层相比，Inception块的参数更少，运算更快

2.GoogLeNet架构

做完平均池化后，再连接到全连接层输出类别数，这样可以更灵活，不用特别设计Inception块输出通道数为类别数，更灵活。

2.1 段1&2

更多的高宽(信息更多)

2.2段3

没太多规律，只能说提取信息后输出通道增加吧。

2.3段4 & 5

3.变种

Inception-BN(v2) 使用batch normalization
Inception-V3 修改了Inception块
- 替换5×5 为多个3×3卷积层
- 替换5×5 为1×7和7×1卷积层
- 替换3×3 为1×3 和3×1卷积层
- 更深
Inception-V4-使用残差连接

3.1 Inception-V3

段3

将5*5改为两个3*3

段4

段5

Inception块用4条不同超参数的卷积层和池化层的路来抽取信息，主要有点事模型参数小，计算复杂度低。

GoogLeNet使用了9个Inception块，是第一个达到上百层的网络(不是纯深度，算上了并行的层数)

缺点是特别复杂，很多超参数。

4.代码实现

这个通道数的计算，额，可以看一下课本上的计算过程：7.4. 含并行连结的网络（GoogLeNet） --- 动手学深度学习 2.0.0 documentation (d2l.ai)

python 复制代码

import torch
from torch import nn
from torch.nn import functional as F
from d2l import torch as d2l


class Inception(nn.Module):
    # c1--c4是每条路径的输出通道数
    def __init__(self, in_channels, c1, c2, c3, c4, **kwargs):
        super(Inception, self).__init__(**kwargs)
        # 线路1，单1x1卷积层
        self.p1_1 = nn.Conv2d(in_channels, c1, kernel_size=1)
        # 线路2，1x1卷积层后接3x3卷积层
        self.p2_1 = nn.Conv2d(in_channels, c2[0], kernel_size=1)
        self.p2_2 = nn.Conv2d(c2[0], c2[1], kernel_size=3, padding=1)
        # 线路3，1x1卷积层后接5x5卷积层
        self.p3_1 = nn.Conv2d(in_channels, c3[0], kernel_size=1)
        self.p3_2 = nn.Conv2d(c3[0], c3[1], kernel_size=5, padding=2)
        # 线路4，3x3最大汇聚层后接1x1卷积层
        self.p4_1 = nn.MaxPool2d(kernel_size=3, stride=1, padding=1)
        self.p4_2 = nn.Conv2d(in_channels, c4, kernel_size=1)

    def forward(self, x):
        p1 = F.relu(self.p1_1(x))
        p2 = F.relu(self.p2_2(F.relu(self.p2_1(x))))
        p3 = F.relu(self.p3_2(F.relu(self.p3_1(x))))
        p4 = F.relu(self.p4_2(self.p4_1(x)))
        # 在通道维度上连结输出，合并
        return torch.cat((p1, p2, p3, p4), dim=1)

b1 = nn.Sequential(nn.Conv2d(1, 64, kernel_size=7, stride=2, padding=3),
                   nn.ReLU(),
                   nn.MaxPool2d(kernel_size=3, stride=2, padding=1))

b2 = nn.Sequential(nn.Conv2d(64, 64, kernel_size=1),
                   nn.ReLU(),
                   nn.Conv2d(64, 192, kernel_size=3, padding=1),
                   nn.ReLU(),
                   nn.MaxPool2d(kernel_size=3, stride=2, padding=1))

b3 = nn.Sequential(Inception(192, 64, (96, 128), (16, 32), 32),
                   Inception(256, 128, (128, 192), (32, 96), 64),
                   nn.MaxPool2d(kernel_size=3, stride=2, padding=1))

b4 = nn.Sequential(Inception(480, 192, (96, 208), (16, 48), 64),
                   Inception(512, 160, (112, 224), (24, 64), 64),
                   Inception(512, 128, (128, 256), (24, 64), 64),
                   Inception(512, 112, (144, 288), (32, 64), 64),
                   Inception(528, 256, (160, 320), (32, 128), 128),
                   nn.MaxPool2d(kernel_size=3, stride=2, padding=1))

b5 = nn.Sequential(Inception(832, 256, (160, 320), (32, 128), 128),
                   Inception(832, 384, (192, 384), (48, 128), 128),
                   nn.AdaptiveAvgPool2d((1,1)),
                   nn.Flatten())

net = nn.Sequential(b1, b2, b3, b4, b5, nn.Linear(1024, 10))

X = torch.rand(size=(1, 1, 96, 96))
for layer in net:
    X = layer(X)
    print(layer.__class__.__name__,'output shape:\t', X.shape)

lr, num_epochs, batch_size = 0.1, 10, 128
train_iter, test_iter = d2l.load_data_fashion_mnist(batch_size, resize=96)
d2l.train_ch6(net, train_iter, test_iter, num_epochs, lr, d2l.try_gpu())