上一篇说要尝试一下用 se_ResNeXt 来给 WS-DAN 网络提取特征，在此之前需要先搞懂 ResNeXt 的原理，而 ResNeXt 则是在 ResNet 基础上的改进，所以绕了一大圈，还得从 ResNet 开始。说来惭愧，之前只是用过 ResNet 来做分类任务，论文还真没有仔细读过，正好趁这个机会读一读这篇“神作”。
论文地址: https://arxiv.org/pdf/1512.03385.pdf
论文阅读
其实论文的思想在今天看来是不难的，不过在当时 ResNet 提出的时候可是横扫了各大分类任务，这个网络解决了随着网络的加深，分类的准确率不升反降的问题。通过一个名叫“残差”的网络结构(如下图所示)，使作者可以只通过简单的网络深度堆叠便可达到提升准确率的目的。
残差结构的处理过程分成两个部分，左边的 与右边的 ，最后结果为两者相加。其中右边那根线不会对 做任何处理，所以没有可学习的参数； 为网络中负责学习特征的部分，把整个残差结构看做是一个 函数的话，则负责学习的部分可以表示为 ，这个结构学习的其实是输出结果与输入的差值，这也是残差名字的由来。完整的 ResNet 网络由多个上图中所示的残差结构组成，每个结构学习的都是输出与输入之间的差值，通过步步逼近，达到了比直接学习输入好得多的效果。
文中残差结构的具体实现分为两种，首先介绍 ResNet-18 与 ResNet-34 使用的残差结构称为 Basic Block，如下图所示，图中的结构包含了两个卷积操作用于提取特征。
对应到代码中，这是 Pytorch 自带的 ResNet 实现中的一部分，跟上图对应起来看更加好理解，我个人比较喜欢论文与代码结合起来看，因为我除了需要知道原理之外，也要知道如何去使用，而代码更给我一种一目了然的感觉：
class BasicBlock(nn.Module):
expansion = 1
def __init__(self, inplanes, planes, stride=1, downsample=None, groups=1,
base_width=64, dilation=1, norm_layer=None):
super(BasicBlock, self).__init__()
if norm_layer is None:
norm_layer = nn.BatchNorm2d
if groups != 1 or base_width != 64:
raise ValueError('BasicBlock only supports groups=1 and base_width=64')
if dilation > 1:
raise NotImplementedError("Dilation > 1 not supported in BasicBlock")
# Both self.conv1 and self.downsample layers downsample the input when stride != 1
self.conv1 = conv3x3(inplanes, planes, stride)
self.bn1 = norm_layer(planes)
self.relu = nn.ReLU(inplace=True)
self.conv2 = conv3x3(planes, planes)
self.bn2 = norm_layer(planes)
self.downsample = downsample
self.stride = stride
def forward(self, x):
identity = x
out = self.conv1(x)
out = self.bn1(out)
out = self.relu(out)
out = self.conv2(out)
out = self.bn2(out)
if self.downsample is not None:
identity = self.downsample(x)
out += identity
out = self.relu(out)
return out
另一种残差结构称为 Bottleneck，就是瓶颈的意思：
作者起名字真的很形象，网络结构也正如这瓶颈一样，首先做一个降维，然后做卷积，然后升维，这样做的好处是可以大大减少计算量，专门用于网络层数较深的的网络，ResNet-50 以上的网络都有这种基础结构构成(不同层级的输入输出维度可能会不一样，但结构类似)：
Pytorch 中的代码，注意到上图中为了减少计算量，作者将 256 维的输入缩小了 4 倍变为 64 进入卷积，在升维时需要升到 256 维，对应代码中的 expansion 参数：
class Bottleneck(nn.Module):
expansion = 4
def __init__(self, inplanes, planes, stride=1, downsample=None, groups=1,
base_width=64, dilation=1, norm_layer=None):
super(Bottleneck, self).__init__()
if norm_layer is None:
norm_layer = nn.BatchNorm2d
width = int(planes * (base_width / 64.)) * groups
# Both self.conv2 and self.downsample layers downsample the input when stride != 1
self.conv1 = conv1x1(inplanes, width)
self.bn1 = norm_layer(width)
self.conv2 = conv3x3(width, width, stride, groups, dilation)
self.bn2 = norm_layer(width)
self.conv3 = conv1x1(width, planes * self.expansion)
self.bn3 = norm_layer(planes * self.expansion)
self.relu = nn.ReLU(inplace=True)
self.downsample = downsample
self.stride = stride
def forward(self, x):
identity = x
out = self.conv1(x)
out = self.bn1(out)
out = self.relu(out)
out = self.conv2(out)
out = self.bn2(out)
out = self.relu(out)
out = self.conv3(out)
out = self.bn3(out)
if self.downsample is not None:
identity = self.downsample(x)
out += identity
out = self.relu(out)
return out
由上面介绍的基本结构再加上池化以及全连接层，就构成了各种完整的网络：
图中的网络在 Pytorch 中都已经集成进去了，而且都是预训练好的，我们可以在预训练好的模型上面训练自己的分类器，大大减少我们的训练时间。下面简单介绍一下如何使用 ResNet。
在 Pytorch 中使用 ResNet
Pytorch 是一个对初学者很友好的深度学习框架，入门的话非常推荐，官方提供了一小时入门教程：https://pytorch.org/tutorials/beginner/deep_learning_60min_blitz.html
在 Pytorch 中使用 ResNet 只需要 4 行代码：
from torch import nn
# torchvision 专用于视觉方面
import torchvision
# pretrained ：使用在 ImageNet 数据集上预训练的模型
model = torchvision.models.resnet18(pretrained=True)
# 修改模型的全连接层使其输出为你需要类型数，这里是10
# 由于使用了预训练的模型 而预训练的模型输出为1000类，所以要修改全连接层
# 若不使用预训练的模型可以直接在创建模型时添加参数 num_classes=10 而不需要修改全连接层
model.fc = nn.Linear(model.fc.in_features, 10)
下面你就可以使用这个模型来做分类了，当然到这里还没在自己的数据集上进行训练，关于如何训练可以参考官方教程：https://pytorch.org/tutorials/beginner/blitz/cifar10_tutorial.html
如果对代码以及源码有疑问的话可以在下面留言我们一起讨论。
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