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ShuffleNet图像分类

ShuffleNetV1是旷视科技提出的一种计算高效的CNN模型，和MobileNet, SqueezeNet等一样主要应用在移动端，所以模型的设计目标就是利用有限的计算资源来达到最好的模型精度。ShuffleNetV1的设计核心是引入了两种操作：Pointwise Group Convolution和Channel Shuffle，这在保持精度的同时大大降低了模型的计算量。因此，ShuffleNetV1和MobileNet类似，都是通过设计更高效的网络结构来实现模型的压缩和加速。

如下图所示，ShuffleNet在保持不低的准确率的前提下，将参数量几乎降低到了最小，因此其运算速度较快，单位参数量对模型准确率的贡献非常高。

模型架构

ShuffleNet最显著的特点在于对不同通道进行重排来解决Group Convolution带来的弊端。通过对ResNet的Bottleneck单元进行改进，在较小的计算量的情况下达到了较高的准确率。

Pointwise Group Convolution

Group Convolution（分组卷积）原理如下图所示，相比于普通的卷积操作，分组卷积的情况下，每一组的卷积核大小为in_channels/g*k*k，一共有g组，所有组共有(in_channels/g*k*k)*out_channels个参数，是正常卷积参数的1/g。分组卷积中，每个卷积核只处理输入特征图的一部分通道，其优点在于参数量会有所降低，但输出通道数仍等于卷积核的数量。

Depthwise Convolution（深度可分离卷积）将组数g分为和输入通道相等的in_channels，然后对每一个in_channels做卷积操作，每个卷积核只处理一个通道，记卷积核大小为1*k*k，则卷积核参数量为：in_channels*k*k，得到的feature maps通道数与输入通道数相等；

Pointwise Group Convolution（逐点分组卷积）在分组卷积的基础上，令每一组的卷积核大小为 1×11×1，卷积核参数量为(in_channels/g*1*1)*out_channels。

Channel Shuffle

Group Convolution的弊端在于不同组别的通道无法进行信息交流，堆积GConv层后一个问题是不同组之间的特征图是不通信的，这就好像分成了g个互不相干的道路，每一个人各走各的，这可能会降低网络的特征提取能力。这也是Xception，MobileNet等网络采用密集的1x1卷积（Dense Pointwise Convolution）的原因。

为了解决不同组别通道“近亲繁殖”的问题，ShuffleNet优化了大量密集的1x1卷积（在使用的情况下计算量占用率达到了惊人的93.4%），引入Channel Shuffle机制（通道重排）。这项操作直观上表现为将不同分组通道均匀分散重组，使网络在下一层能处理不同组别通道的信息。