分组卷积与dw卷积

分组卷积(Group Convolution)

分组卷积在ResNext中用到了

首先必须明确:
常规卷积(Convolution)的参数量是:

K*K*C_in*n
K是卷积核大小,C_in是input的channel数,n是卷积核个数(output的channel数)

分组卷积的参数量是:

K*K*C_in*n*1/g
K是卷积核大小,C_in是input的channel数,n是卷积核个数(output的channel数),g是分组数

在这里插入图片描述

分组卷积,输出特征图通道数不需要与输入通道数相同

pytorch的nn.Conv2d中的groups参数代表需要分的组数量,默认值为1(即常规卷积)

 

深度可分离卷积Depthwise Separable Conv等价于

DW(Depthwise Convolution)卷积+PW(Pointwise Conv) 卷积

DW卷积也叫做可分离卷积,DW+PW的组合在MobileNet中使用了

depthwise convolution: 卷积是在二维平面进行的,一个卷积核对应一个通道,输出通道数等于输入通道数

DW卷积的参数量是:

K*K*C_in (此时C_in = n)
K是卷积核大小,C_in是input的channel数,DW卷积中,卷积核个数与input的channel数相同

PW卷积的参数量是:

1*1*C_in*n 
PW卷积的卷积核为1*1大小,C_in是input的channel数,n是卷积核个数(output的channel数)

在这里插入图片描述

总结

  • 分组卷积的参数量是常规卷积(Convolution)参数量的1/g, 其中g是分组数
  • DW卷积的参数量是常规卷积(Convolution)参数量的1/n, 其中n是卷积核个数
  • 当分组卷积中的g=C_in, n=C_in时,DW==分组卷积
<think>好的,用户让我介绍一下`self.g1 = nn.Conv2d(c_, c_//4, 3, 1, 1, groups=c_//4)`这行代码中使用分组卷积的好处。首先,我需要理解这行代码的具体参数和结构。这里的输入通道是`c_`,输出通道是`c_//4`,卷积核大小3x3,步长1,填充1,分组数为`c_//4`。也就是说,分组数等于输出通道数,这看起来像是深度可分离卷积中的深度卷积部分。 接下来,用户可能对分组卷积的优势不太清楚,需要详细解释。分组卷积的主要好处包括减少参数量和计算量,提高模型效率,同时可能促进特征多样性。但需要具体分析在这个例子中如何体现这些优势。 首先,常规卷积的参数量是`(c_in * c_out * k * k)`,这里输入通道是`c_`,输出是`c_//4`,分组数是`c_//4`,所以每个组的输入通道数是`c_ / (c_//4) = 4`,输出通道数是1。因此,每个组的参数量是`4 * 1 * 3 * 3`,总参数量是`(c_//4) * 4 * 1 * 3 * 3 = c_ * 3 * 3`,而常规卷积的话参数量是`c_ * (c_//4) * 3 * 3`,明显分组卷积的参数量更少,只有原来的`1/(c_//4)`。但这里可能需要注意,当分组数等于输出通道数时,每个组的输出通道数是1,输入通道数是`c_ / groups`,即这里可能输入通道是每个组有4个输入通道,输出1个通道,这样总参数量确实减少了。 然后,计算量方面,分组卷积的FLOPs是`H * W * (c_in/groups) * c_out * k * k`,这里输入是`c_`,输出是`c_//4`,groups是`c_//4`,所以计算量是`H * W * (c_/(c_//4)) * (c_//4) * 3*3`,即`H*W*4*c_//4*9`,等于`H*W*9*c_`,而常规卷积是`H*W*c_*(c_//4)*9`,所以计算量减少了大约`c_//4`倍,这对于模型效率提升很重要。 另外,分组卷积还能促进不同组学习不同的特征,可能增强模型的表达能力。但需要指出,如果分组数过多,可能导致每组的信息过于局限,可能影响模型性能,需要平衡。 用户可能是在阅读某个模型的代码时遇到了这个结构,想了解为什么使用分组卷积,以及这样设计的好处。可能的场景是轻量化模型设计,比如MobileNet或类似的高效网络结构,其中分组卷积被广泛使用来减少参数量和计算量,同时保持一定的性能。 另外,用户可能对分组卷积的具体应用场景和潜在问题不太清楚,需要进一步解释。比如,分组卷积可能导致特征交互减少,但在这里结合其他结构(如后续的1x1卷积进行通道混合)可能弥补这一缺点,形成深度可分离卷积的结构,从而在减少计算量的同时保持模型性能。 最后,总结分组卷积在这里的好处:减少参数量、降低计算成本、提高模型效率,可能促进特征多样性,适合轻量化模型设计,但需要结合后续的结构来保证特征的有效融合。</think>以下是对代码 `self.g1 = nn.Conv2d(c_, c_//4, 3, 1, 1, groups=c_//4)` 中 **分组卷积(Grouped Convolution)** 的详细解析及其优势说明: --- ### **1. 代码参数解析** - **输入通道数**: `c_` - **输出通道数**: `c_//4` - **卷积核大小**: `3x3` - **步长(Stride)**: `1` - **填充(Padding)**: `1` - **分组数(Groups)**: `c_//4` **关键点**:分组数等于输出通道数(`groups = c_//4`),此时分组卷积退化为 **深度可分离卷积(Depthwise Convolution)** 的第一步操作。 --- ### **2. 分组卷积的核心优势** #### **(1) 显著减少参数量** - **常规卷积的参数量**: $$ \text{Params}_{\text{常规}} = \underbrace{c_{\text{in}}}_{\text{输入通道数}} \times \underbrace{c_{\text{out}}}_{\text{输出通道数}} \times \underbrace{k^2}_{\text{卷积核面积}} $$ 本例中: $$ \text{Params}_{\text{常规}} = c\_ \times (c\_//4) \times 3^2 $$ - **分组卷积的参数量**: $$ \text{Params}_{\text{分组}} = \frac{c_{\text{in}}}{\text{groups}} \times \frac{c_{\text{out}}}{\text{groups}} \times k^2 \times \text{groups} $$ 本例中(`groups = c_//4`): $$ \text{Params}_{\text{分组}} = \frac{c\_}{c\_//4} \times \frac{c\_//4}{c\_//4} \times 3^2 \times c\_//4 = 4 \times 1 \times 9 \times c\_//4 = 9c\_ $$ **参数量减少比例**: $$ \frac{\text{Params}_{\text{分组}}}{\text{Params}_{\text{常规}}} = \frac{9c\_}{c\_ \times (c\_//4) \times 9} = \frac{4}{c\_} $$ **意义**:参数量大幅降低,尤其当输入通道数 `c_` 较大时(例如 `c_=512`,参数量减少到常规卷积的约 **1/128**)。 --- #### **(2) 降低计算成本(FLOPs)** - **常规卷积的FLOPs**: $$ \text{FLOPs}_{\text{常规}} = H \times W \times c_{\text{in}} \times c_{\text{out}} \times k^2 $$ 本例中: $$ \text{FLOPs}_{\text{常规}} = H \times W \times c\_ \times (c\_//4) \times 9 $$ - **分组卷积的FLOPs**: $$ \text{FLOPs}_{\text{分组}} = H \times W \times \frac{c_{\text{in}}}{\text{groups}} \times \frac{c_{\text{out}}}{\text{groups}} \times k^2 \times \text{groups} $$ 本例中: $$ \text{FLOPs}_{\text{分组}} = H \times W \times 4 \times 1 \times 9 \times c\_//4 = H \times W \times 9c\_ $$ **计算量减少比例**: $$ \frac{\text{FLOPs}_{\text{分组}}}{\text{FLOPs}_{\text{常规}}} = \frac{9c\_}{c\_ \times (c\_//4) \times 9} = \frac{4}{c\_} $$ **意义**:计算效率提升显著,适合移动端或实时场景。 --- #### **(3) 特征解耦多样性** - **每组独立学习特征**: 输入通道被分为 `c_//4` 组,每组仅处理 `4` 个输入通道,强制网络从不同子空间学习特征。 - **缓解过拟合**: 参数共享减少,降低了模型对训练数据中噪声的敏感性。 --- ### **3. 典型应用场景** #### **(1) 轻量化网络设计** - **MobileNet系列**:通过深度可分离卷积分组卷积 + 逐点卷积)构建高效模型。 - **ShuffleNet系列**:结合分组卷积通道重排(Channel Shuffle)增强特征交互。 #### **(2) 多分支特征融合** - **ResNeXt**:使用分组卷积实现“多路径”特征提取,提升模型表达能力。 --- ### **4. 潜在问题改进** #### **(1) 特征交互受限** - **问题**:分组卷积限制了通道间的信息流动,可能丢失全局相关性。 - **改进**: 后续添加 **逐点卷积(1×1卷积)** 恢复通道交互,例如: ```python self.g1 = nn.Conv2d(c_, c_//4, 3, 1, 1, groups=c_//4) # 分组卷积 self.conv1x1 = nn.Conv2d(c_//4, c_//4, 1) # 逐点卷积融合通道 ``` #### **(2) 组数过多导致性能下降** - **问题**:若分组数过大(如 `groups = c_//4` 且 `c_` 较小时),每组通道过少,特征提取能力受限。 - **改进**: 限制分组数(例如 `groups=8`)或采用动态分组策略。 --- ### **5. 完整代码示例** ```python import torch.nn as nn class LightweightBlock(nn.Module): def __init__(self, c_in): super().__init__() # 分组卷积(深度卷积) self.dw_conv = nn.Conv2d( c_in, c_in // 4, kernel_size=3, stride=1, padding=1, groups=c_in // 4 # 分组数 = 输出通道数 ) # 逐点卷积恢复通道交互 self.pw_conv = nn.Conv2d(c_in // 4, c_in // 4, kernel_size=1) def forward(self, x): x = self.dw_conv(x) # 分组卷积提取空间特征 x = self.pw_conv(x) # 1x1卷积融合通道信息 return x ``` --- ### **6. 总结** - **核心优势**:参数量和计算量显著降低,适合资源受限场景。 - **设计本质**:通过分组实现特征解耦,结合后续操作(如1×1卷积)平衡效率性能。 - **典型应用**:轻量化模型(MobileNet、EfficientNet)、多分支结构(ResNeXt)。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值