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。

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:

参数
conv_filter_size
VGG16是一种经典的卷积神经网络架构,由牛津大学的研究团队提出,并在ImageNet竞赛中取得了优异的表现。该模型以其结构简洁、易于理解和良好的迁移学习能力而闻名。以下是对VGG16模型中各个参数的作用和设置方法的详细解析。 ### 卷积层参数 VGG16包含13个卷积层,这些层被组织成多个块(blocks),每个块通常由两个或三个卷积层组成。卷积层的主要参数包括滤波器大小、数量以及步长等。 - **滤波器大小**:VGG16使用的是3x3的小型滤波器,这是为了保持感受野的同时减少参数量[^4]。 - **滤波器数量**:随着网络深度增加,滤波器的数量也逐渐增多。前几层有较少的滤波器(如64),而后几层则显著增加(如512)以捕捉更复杂的特征。 - **步长**:默认情况下,卷积操作的步长为1,这样可以保证输出的空间维度与输入尽可能接近。 ```python # 示例代码 - 使用PyTorch定义一个基本卷积块 import torch.nn as nn class ConvBlock(nn.Module): def __init__(self, in_channels, out_channels): super(ConvBlock, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size=3, padding=1) self.relu = nn.ReLU(inplace=True) self.conv2 = nn.Conv2d(out_channels, out_channels, kernel_size=3, padding=1) def forward(self, x): x = self.conv1(x) x = self.relu(x) x = self.conv2(x) x = self.relu(x) return x ``` ### 池化层参数 池化层用于降低空间尺寸并控制过拟合。VGG16中的最大池化层使用的窗口大小为2x2,步长同样为2,这确保了每次池化后特征图尺寸减半。 - **窗口大小**:通常采用2x2的窗口进行最大值池化。 - **步长**:步长设为2以便于下采样。 ### 全连接层参数 最后三个全连接层负责将卷积提取到的特征映射到具体的类别上。它们具有大量的权重参数,是整个模型计算负担的主要来源之一。 - **节点数**:第一个全连接层一般有4096个节点,第二个也是4096个,最后一个则对应分类任务的具体类别数目。 - **激活函数**:ReLU被广泛应用于非线性变换。 - **Dropout**:为了避免过拟合,在训练过程中会在全连接层之间加入Dropout层。 ```python # 示例代码 - 定义VGG16的全连接部分 class Classifier(nn.Module): def __init__(self, num_classes): super(Classifier, self).__init__() self.classifier = nn.Sequential( nn.Linear(7 * 7 * 512, 4096), nn.ReLU(True), nn.Dropout(), nn.Linear(4096, 4096), nn.ReLU(True), nn.Dropout(), nn.Linear(4096, num_classes), ) def forward(self, x): x = self.classifier(x) return x ``` ### 权重初始化 预训练的VGG16模型提供了非常优秀的初始权重,这对于迁移学习至关重要。当从头开始训练时,推荐使用He正态分布或者Xavier均匀分布来初始化权重。 ### 输入图像尺寸 对于VGG16来说,标准输入尺寸是224x224像素的RGB图像。如果处理不同尺寸的图片,则需要调整输入大小以匹配网络需求。 ###
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