VGG详解

VGG网络通过增加深度提升图像分类性能,采用多层3x3小filter卷积层代替大filter,减少参数并引入更多非线性。1x1卷积层用于增加深度而不改变空间维度。模型训练使用mini-batch梯度下降,并结合L2正则化、Dropout和数据增强防止过拟合。

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VGG

论文《Very Deep Convolutional Networks for Large-Scale Image Recognition》

1. 设计思路

VGG通过增加卷积神经网络的深度来提高模型在图像分类的性能。

具体来讲,VGG通过在模型中增加更多的卷积层来增加模型的深度,需要注意的是VGG卷积层中所使用的都是较小的filter(3*3)。

通过多层较小filter的卷积层去替代一层较大filter的卷积层,可以在保证感受野(receptive field)不变的前提下,减少参数数量,引入更多的非线性因素,提高模型的深度,从而提升模型的分类性能。

2. 数据预处理

输入数据为resize为224*224的RGB图像。

对每张图片进行预处理:图像的每个像素值减去该像素RGB三通道像素值的平均值。

3. 模型结构

VGG模型提供了多种不同的配置,为了便于分析模型结构,将多个相连的卷积层作为一个VGG块。

整体上来看,VGG模型由5个VGG块(包括每个VGG块后的池化层)和三层全连接层组成。

VGG

VGG各配置中,卷积层和池化层的参数基本是一样的:

VGG16是一种经典的卷积神经网络结构,在图像分类任务中取得了很好的效果。它的设计特点是通过堆叠多个小尺寸的卷积核(通常是3x3大小)以及池化层来构建深度网络。 ### VGG16代码详解 #### 1. 网络架构概述 VGG16由16个权重层组成,包括13个卷积层、3个全连接层和5个最大池化层。其核心思想是用连续的小型卷积代替较大的单个卷积操作,这种设计可以减少参数量并提高模型的表现能力。 以下是关键点分析: - **输入层**:通常接收固定大小的图片作为输入,比如224×224像素RGB三通道图。 - **卷积层(Convolutional Layers)**:所有卷积滤波器均为3x3大小,并使用ReLU激活函数。每一组卷积层之后接有一个最大池化(Max Pooling)操作,用于降维处理。 - **全连接层(Fully Connected Layers)**:最后三层为全连接层,前两层各包含4096个节点,最后一层则取决于类别数(如ImageNet数据集有1000类,则该层输出维度即为1000)。此外还加入了Dropout机制防止过拟合。 - **Softmax分类器(Softmax Classifier)**:将最后一个FC层的结果转化为概率分布形式进行最终预测。 #### 2. 主要模块说明 ```python import torch.nn as nn class VGG(nn.Module): def __init__(self, features, num_classes=1000): # 初始化函数 super(VGG, self).__init__() self.features = features # 卷基层配置信息 self.classifier = nn.Sequential( nn.Linear(512 * 7 * 7, 4096), # 第一个全连接层 (展开后的特征向量 -> 高纬度空间映射) nn.ReLU(True), nn.Dropout(), nn.Linear(4096, 4096), # 第二个全连接层 nn.ReLU(True), nn.Dropout(), nn.Linear(4096, num_classes)) # 输出层 def forward(self, x): # 前向传播过程定义 x = self.features(x) # 提取特征部分 x = x.view(x.size(0), -1) # 展平张量准备送入FC层 x = self.classifier(x) # 分类计算结果返回 return x def make_layers(cfg, batch_norm=False): # 构建具体的CNN层次布局 layers = [] in_channels = 3 # 输入的是彩色图像所以初始channel数目设为3 for v in cfg: # 根据预定义好的配置表逐层添加组件 if v == 'M': layers += [nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2)] else: conv2d = nn.Conv2d(in_channels, v, kernel_size=3, padding=1) if batch_norm: layers += [conv2d, nn.BatchNorm2d(v), nn.ReLU(inplace=True)] else: layers += [conv2d, nn.ReLU(inplace=True)] in_channels = v return nn.Sequential(*layers) cfgs = { 'D': [64, 64, 'M', 128, 128, 'M', 256, 256, 256, 'M', 512, 512, 512, 'M', 512, 512, 512, 'M'] } ``` 上述代码片段展示了如何搭建VGG16的核心功能块。“make_layers”负责生成一系列交替排列的卷积+ReLU组合及MaxPooling步骤;而整个`VGG`类整合了这部分内容加上后续几段密集联结单元共同形成完整的体系结构。 ---
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