经典卷积模型之EfficientNet

EfficientNet模型

一、模型框架

2019年，谷歌新出EfficientNet，网络如其名，这个网络非常的有效率，怎么理解有效率这个词呢，我们从卷积神经网络的发展来看：
从最初的VGG16发展到如今的Xception，人们慢慢发现，提高神经网络的性能不仅仅在于堆叠层数，更重要的几点是：
1、网络要可以训练，可以收敛。
2、参数量要比较小，方便训练，提高速度。
3、创新神经网络的结构，学到更重要的东西。
而EfficientNet很好的做到了这一点，它利用更少的参数量（关系到训练、速度）得到最好的识别度（学到更重要的特点）

EfficientNet模型具有很独特的特点，这个特点是参考其它优秀神经网络设计出来的。经典的神经网络特点如下：
1、利用残差神经网络增大神经网络的深度，通过更深的神经网络实现特征提取。
2、改变每一层提取的特征层数，实现更多层的特征提取，得到更多的特征，提升宽度。
3、通过增大输入图片的分辨率也可以使得网络可以学习与表达的东西更加丰富，有利于提高精确度。

EfficientNet就是将这三个特点结合起来，通过一起缩放baseline模型（MobileNet中就通过缩放α实现缩放模型，不同的α有不同的模型精度，α=1时为baseline模型；ResNet其实也是有一个baseline模型，在baseline的基础上通过改变图片的深度实现不同的模型实现），同时调整深度、宽度、输入图片的分辨率完成一个优秀的网络设计。

EfficientNet的效果如下：

image.png

二、结构层次

在EfficientNet模型中，其使用一组固定的缩放系数统一缩放网络深度、宽度和分辨率。

假设想使用 2N倍的计算资源，我们可以简单的对网络深度扩大αN倍、宽度扩大βN 、图像尺寸扩大γN倍，这里的α,β,γ都是由原来的小模型上做微小的网格搜索决定的常量系数。

如图为EfficientNet的设计思路，从三个方面同时拓充网络的特性。

image.png

EfficientNet一共由Stem + 16个Blocks + Con2D + GlobalAveragePooling2D + Dense组成，其核心内容是16个Blocks，其它的结构与常规的卷积神经网络差距不大。

此时展示的是EfficientNet-B0也就是EfficientNet的baseline的结构：

image.png

其中每个Block的的参数如下：

DEFAULT_BLOCKS_ARGS = [
    {'kernel_size': 3, 'repeats': 1, 'filters_in': 32, 'filters_out': 16,
     'expand_ratio': 1, 'id_skip': True, 'strides': 1, 'se_ratio': 0.25},
    {'kernel_size': 3, 'repeats': 2, 'filters_in': 16, 'filters_out': 24,
     'expand_ratio': 6, 'id_skip': True, 'strides': 2, 'se_ratio': 0.25},
    {'kernel_size': 5, 'repeats': 2, 'filters_in': 24, 'filters_out': 40,
     'expand_ratio': 6, 'id_skip': True, 'strides': 2, 'se_ratio': 0.25},
    {'kernel_size': 3, 'repeats': 3, 'filters_in': 40, 'filters_out': 80,
     'expand_ratio': 6, 'id_skip': True, 'strides': 2, 'se_ratio': 0.25},
    {'kernel_size': 5, 'repeats': 3, 'filters_in': 80, 'filters_out': 112,
     'expand_ratio': 6, 'id_skip': True, 'strides': 1, 'se_ratio': 0.25},
    {'kernel_size': 5, 'repeats': 4, 'filters_in': 112, 'filters_out': 192,
     'expand_ratio': 6, 'id_skip': True, 'strides': 2, 'se_ratio': 0.25},
    {'kernel_size': 3, 'repeats': 1, 'filters_in': 192, 'filters_out': 320,
     'expand_ratio': 6, 'id_skip': True, 'strides': 1, 'se_ratio': 0.25}
]

Block的通用结构如下，其总体的设计思路依然基于MobileNet中的Inverted residuals结构，在3x3网络结构前利用1x1卷积升维，在3x3网络结构后，利用1x1卷积降维，先进行扩张，再进行压缩。只是其中增加了一个先压缩特征再增加特征的乘法特征提取：

image.png

三、代码实现(tesorflow2)

https://github.com/weigesdl/Classical_convolution_network_model/blob/master/efficientNet.ipynb

四、原文链接：

https://blog.csdn.net/weixin_44791964/article/details/102886367

经典卷积模型之EfficientNet