AlexNet

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1、AlexNet网络结构（NIPS2012）：

AlexNet由5个卷积层+3个全连接层组成（不包括LRN层和最大池化层），输入图像大小为224*224*3，第一个卷积层为96个11*11*3的卷积核，步长为4。第二个卷积层为256个5*5*48的卷积核，步长为1。第三个卷积层为384个3*3*256的卷积核，步长为1。第四个卷积层为384个3*3*192个卷积核，步长为1。第五个卷积层为256个3*3*192个卷积核，步长为1。第六个全连接层有2048个神经元，第七个全连接层有2048个神经元，第八个全连接层有1000个神经元，最后是一个softmax回归。

第二个、第四个和第五个卷积层只与前面一层的相同GPU上的神经元有连接，而第三个卷积层以及最后三个全连接层与前面一层的两块GPU上的所有神经元有连接。局部响应归一化层（LRN）跟随在第一个卷积层和第二个卷积层之后，最大池化层跟随在LRN层之后和第五个卷积层之后。每个卷积层和全连接层之后都跟着一个ReLU的激活函数。此外，前两个全连接层使用了Dropout技术，以0.5的概率忽略掉了一些神经元。整个网络有6000万个参数，有65000个神经元。

2、数据增强和训练

ImageNet包含1500万标注的高分辨率的图像，属于22000个类别，在每年一度的ILSVRC比赛中，使用的数据集为ImageNet的一个子集，大约有1000个类别，每个类别1000张图片。总的来说，有120万张训练图片，50000张验证集图片和150000张测试集图片。AlexNet的实验大部分是在ILSVRC2010的实验中做的。由于ImageNet的图像大小是不同的，我们先对原始图片进行缩放，使得图片最小边为256，然后再从中裁剪出256*256的图片。除了减去图像像素均值以外，我们不对图像做任何处理，这样就得到了我们的原始训练集。

AlexNet做了两个方面的数据增强：第一个是从256*256的图像中随机裁剪出224*224的图像块（并且增加水平翻转），这样的话一张256*256的图片可以转换出2048张224*224的图片，极大的增强了数据集的大小。在做测试的时候，从256*256的图片中的四个角加一个中心裁剪出5张224*224的图片（并做水平翻转），得到10张图片变种，最后的softmax值是这10张图片变种的平均值。第二个数据增强方式是改变训练图像的RGB通道的强度，具体来说，先对所有训练集的的RGB像素值做PCA，然后对于每张训练图片，我们对其加上主成成分的倍数，它的幅度与对应的特征值乘以一个随机变量成比例，这个随机变量取自均值为0方差为0.1的高斯分布。因此对于图像的每个RGB像素值，我们对它加上：

其中和是RGB像素3*3协方差矩阵的特征向量和特征值，是上述的随机变量，每张训练图像的相同直到这张图像用于第二次训练。该方案近似地捕获自然图像的重要特性，即对于光照的颜色和强度的改变，物体的类别是不变的。该方案将前top1的错误率降低了1％以上。

我们用均值为0方差为0.01的高斯分布来初始化所有网络层的权重。第二、第四和第五个卷积层的偏置初始化为1，其它层的偏置初始化为0。训练时使用随机梯度下降法来训练，batchsize为128，momentum为0.9，weight decay为0.0005。对所有网络层使用相同的学习率，并在训练时手动调整学习率，学习率初始化为0.01，当验证误差在当前学习率不再改变时，我们把学习率除以10，当调整学习率达到三次时，我们终止训练。整个训练过程约90个epoch，120万张图片。