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基于Pytorch构建DenseNet网络对cifar-10进行分类

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python与大数据分析
发布2023-09-03 21:23:41
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发布2023-09-03 21:23:41
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文章被收录于专栏:python与大数据分析

DenseNet是指Densely connected convolutional networks(密集卷积网络)。它的优点主要包括有效缓解梯度消失、特征传递更加有效、计算量更小、参数量更小、性能比ResNet更好。它的缺点主要是较大的内存占用。

DenseNet网络与Resnet、GoogleNet类似,都是为了解决深层网络梯度消失问题的网络。

Resnet从深度方向出发,通过建立前面层与后面层之间的“短路连接”或“捷径”,从而能训练出更深的CNN网络。

GoogleNet从宽度方向出发,通过Inception(利用不同大小的卷积核实现不同尺度的感知,最后进行融合来得到图像更好的表征)。

DenseNet从特征入手,通过对前面所有层与后面层的密集连接,来极致利用训练过程中的所有特征,进而达到更好的效果和减少参数。

DenseNet网络

Dense Block:像GoogLeNet网络由Inception模块组成、ResNet网络由残差块(Residual Building Block)组成一样,DenseNet网络由Dense Block组成,论文截图如下所示:每个层从前面的所有层获得额外的输入,并将自己的特征映射传递到后续的所有层,使用级联(Concatenation)方式,每一层都在接受来自前几层的”集体知识(collective knowledge)”。增长率(growth rate)k是每个层的额外通道数。

其实说了那么多我也不大明白原理和数学推理,只需要按照相关代码做就行了

代码语言:javascript
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  1. class Bottleneck(nn.Module):
  2. def __init__(self, input_channel, growth_rate):
  3. super(Bottleneck, self).__init__()
  4. self.bn1 = nn.BatchNorm2d(input_channel)
  5. self.relu1 = nn.ReLU(inplace=True)
  6. self.conv1 = nn.Conv2d(input_channel, 4 * growth_rate, kernel_size=1)
  7. self.bn2 = nn.BatchNorm2d(4 * growth_rate)
  8. self.relu2 = nn.ReLU(inplace=True)
  9. self.conv2 = nn.Conv2d(4 * growth_rate, growth_rate, kernel_size=3, padding=1)
  10. def forward(self, x):
  11. out = self.conv1(self.relu1(self.bn1(x)))
  12. out = self.conv2(self.relu2(self.bn2(out)))
  13. out = torch.cat([out, x], 1)
  14. return out
  15. class Transition(nn.Module):
  16. def __init__(self, input_channels, out_channels):
  17. super(Transition, self).__init__()
  18. self.bn = nn.BatchNorm2d(input_channels)
  19. self.relu = nn.ReLU(inplace=True)
  20. self.conv = nn.Conv2d(input_channels, out_channels, kernel_size=1)
  21. def forward(self, x):
  22. out = self.conv(self.relu(self.bn(x)))
  23. out = F.avg_pool2d(out, 2)
  24. return out
  25. class DenseNet(nn.Module):
  26. def __init__(self, nblocks, growth_rate, reduction, num_classes):
  27. super(DenseNet, self).__init__()
  28. self.growth_rate = growth_rate
  29. num_planes = 2 * growth_rate
  30. self.basic_conv = nn.Sequential(
  31. nn.Conv2d(3, 2 * growth_rate, kernel_size=7, stride=2, padding=3),
  32. nn.BatchNorm2d(2 * growth_rate),
  33. nn.ReLU(inplace=True),
  34. nn.MaxPool2d(kernel_size=3, stride=2, padding=1)
  35. )
  36. self.dense1 = self._make_dense_layers(num_planes, nblocks[0])
  37. num_planes += nblocks[0] * growth_rate
  38. out_planes = int(math.floor(num_planes * reduction))
  39. self.trans1 = Transition(num_planes, out_planes)
  40. num_planes = out_planes
  41. self.dense2 = self._make_dense_layers(num_planes, nblocks[1])
  42. num_planes += nblocks[1] * growth_rate
  43. out_planes = int(math.floor(num_planes * reduction))
  44. self.trans2 = Transition(num_planes, out_planes)
  45. num_planes = out_planes
  46. self.dense3 = self._make_dense_layers(num_planes, nblocks[2])
  47. num_planes += nblocks[2] * growth_rate
  48. out_planes = int(math.floor(num_planes * reduction))
  49. self.trans3 = Transition(num_planes, out_planes)
  50. num_planes = out_planes
  51. self.dense4 = self._make_dense_layers(num_planes, nblocks[3])
  52. num_planes += nblocks[3] * growth_rate
  53. self.AdaptiveAvgPool2d = nn.AdaptiveAvgPool2d(1)
  54. # 全连接层
  55. self.fc = nn.Sequential(
  56. nn.Linear(num_planes, 256),
  57. nn.ReLU(inplace=True),
  58. # 使一半的神经元不起作用,防止参数量过大导致过拟合
  59. nn.Dropout(0.5),
  60. nn.Linear(256, 128),
  61. nn.ReLU(inplace=True),
  62. nn.Dropout(0.5),
  63. nn.Linear(128, 10)
  64. )
  65. def _make_dense_layers(self, in_planes, nblock):
  66. layers = []
  67. for i in range(nblock):
  68. layers.append(Bottleneck(in_planes, self.growth_rate))
  69. in_planes += self.growth_rate
  70. return nn.Sequential(*layers)
  71. def forward(self, x):
  72. out = self.basic_conv(x)
  73. out = self.trans1(self.dense1(out))
  74. out = self.trans2(self.dense2(out))
  75. out = self.trans3(self.dense3(out))
  76. out = self.dense4(out)
  77. out = self.AdaptiveAvgPool2d(out)
  78. out = out.view(out.size(0), -1)
  79. out = self.fc(out)
  80. return out
  81. def DenseNet121():
  82. return DenseNet([6, 12, 24, 16], growth_rate=32, reduction=0.5, num_classes=10)
  83. def DenseNet169():
  84. return DenseNet([6, 12, 32, 32], growth_rate=32, reduction=0.5, num_classes=10)
  85. def DenseNet201():
  86. return DenseNet([6, 12, 48, 32], growth_rate=32, reduction=0.5, num_classes=10)
  87. def DenseNet265():
  88. return DenseNet([6, 12, 64, 48], growth_rate=32, reduction=0.5, num_classes=10)
  89. # 初始化模型
  90. from torchstat import stat
  91. # 定义模型输出模式,GPU和CPU均可
  92. model = DenseNet121().to(DEVICE)

在NVIDIA GeForce GTX 1660 SUPER显卡上训练了100轮,大致上一轮1分钟,这是DenseNet网络训练的损失率和准确率,在验证集也是保持80%的准确率。

DenseNet也是一个系列,包括DenseNet-121、DenseNet-169等等,论文中给出了4种层数的DenseNet,论文截图如下所示:所有网络的增长率k是32,表示每个Dense Block中每层输出的feature map个数。

关于图像分类的模型算法,热情也没了,到此也就告一段落了,后续再讨论一些新的话题。

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原始发表:2023-08-21,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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