convnext 网络结构简介

1. convnext v1 

  • ConvNeXt的设计思路:作者从标准ResNet出发,逐步引入Transformer的设计元素,包括宏观设计(如多阶段设计、计算分布)、ResNeXt的分组卷积、倒置瓶颈结构、大核卷积等,最终形成了ConvNeXt架构。
  • 训练技术:采用与Transformer相似的训练技术,如AdamW优化器、Mixup、Cutmix、RandAugment等数据增强技术,以及Stochastic Depth和Label Smoothing等正则化方法。
  • 架构改进
    • 宏观设计:调整ResNet的阶段计算比例,使其更接近Swin Transformer的设计。
    • ResNeXt化:引入分组卷积,增加网络宽度。
    • 倒置瓶颈:在MLP块中引入类似Transformer的倒置瓶颈结构。
    • 大核卷积:探索大核卷积对性能的影响,发现7×7的卷积核在性能上达到饱和。
    • 微设计:包括替换ReLU为GELU、减少激活函数和归一化层的数量,以及将BatchNorm替换为LayerNorm。

2. convnext v2 

  1. 全卷积掩码自编码器框架(FCMAE):该框架通过随机遮蔽输入图像的大部分,并让模型根据剩余上下文预测缺失部分来生成学习信号。文章详细描述了掩码策略、编码器设计、解码器设计以及重构目标。
    • 掩码策略:使用0.6的掩码比率,随机移除输入图像的60%的32×32块。
    • 编码器设计:使用ConvNeXt模型作为编码器,并引入稀疏卷积来处理仅可见部分的数据。
    • 解码器设计:使用轻量级的ConvNeXt块作为解码器。
    • 重构目标:通过计算重构图像和目标图像之间的均方误差(MSE)来优化模型。
  2. 全局响应归一化(GRN)层:为了解决ConvNeXt在掩码输入上训练时出现的特征坍塌问题,文章提出了GRN层。GRN层通过全局特征聚合、特征归一化和特征校准三个步骤来增强通道间的特征竞争。
ConvNext是一种用于图像分类的卷积神经网络结构,由微软亚洲研究院的研究员Zhang et al.在2018年提出。它基于ResNet和DenseNet的思想,通过稠密连接和跨层特征重用来提高模型的性能和准确性。 下面是ConvNext神经网络的代码实现: ```python import torch.nn as nn import torch.utils.model_zoo as model_zoo __all__ = ['ConvNext', 'convnext'] model_urls = { 'convnext': 'https://download.pytorch.org/models/convnext-20-c10d0051.pth', } class Bottleneck(nn.Module): def __init__(self, in_planes, growth_rate): super(Bottleneck, self).__init__() self.bn1 = nn.BatchNorm2d(in_planes) self.conv1 = nn.Conv2d(in_planes, 4*growth_rate, kernel_size=1, bias=False) self.bn2 = nn.BatchNorm2d(4*growth_rate) self.conv2 = nn.Conv2d(4*growth_rate, growth_rate, kernel_size=3, padding=1, bias=False) def forward(self, x): out = self.conv1(F.relu(self.bn1(x))) out = self.conv2(F.relu(self.bn2(out))) out = torch.cat([out,x], 1) return out class Transition(nn.Module): def __init__(self, in_planes, out_planes): super(Transition, self).__init__() self.bn = nn.BatchNorm2d(in_planes) self.conv = nn.Conv2d(in_planes, out_planes, kernel_size=1, bias=False) def forward(self, x): out = self.conv(F.relu(self.bn(x))) out = F.avg_pool2d(out, 2) return out class ConvNext(nn.Module): def __init__(self, growth_rate=12, block_config=(2,2,2), num_classes=10): super(ConvNext, self).__init__() self.growth_rate = growth_rate num_planes = 2*growth_rate self.conv1 = nn.Conv2d(3, num_planes, kernel_size=3, padding=1, bias=False) self.dense1 = self._make_dense_layers(num_planes, block_config[0]) num_planes += block_config[0]*growth_rate self.trans1 = Transition(num_planes, num_planes//2) self.dense2 = self._make_dense_layers(num_planes//2, block_config[1]) num_planes += block_config[1]*growth_rate self.trans2 = Transition(num_planes, num_planes//2) self.dense3 = self._make_dense_layers(num_planes//2, block_config[2]) num_planes += block_config[2]*growth_rate self.bn = nn.BatchNorm2d(num_planes) self.linear = nn.Linear(num_planes, num_classes) def _make_dense_layers(self, in_planes, nblock): layers = [] for i in range(nblock): layers.append(Bottleneck(in_planes, self.growth_rate)) in_planes += self.growth_rate return nn.Sequential(*layers) def forward(self, x): out = self.conv1(x) out = self.trans1(self.dense1(out)) out = self.trans2(self.dense2(out)) out = self.dense3(out) out = F.avg_pool2d(F.relu(self.bn(out)), 8) out = out.view(out.size(0), -1) out = self.linear(out) return out def convnext(pretrained=False, **kwargs): """ Constructs a ConvNext model. """ model = ConvNext(**kwargs) if pretrained: model.load_state_dict(model_zoo.load_url(model_urls['convnext'])) return model ``` 这里实现了一个ConvNext网络,包含了三个密集块(dense block)和两个过渡层(transition layer),其中每个密集块包含了多个瓶颈层(bottleneck layer)。 在每个瓶颈层中,输入特征图首先经过一个1x1的卷积层进行通道数的调整,然后再经过一个3x3的卷积层进行特征提取,最后将输入和输出特征图进行通道维度的拼接,实现了特征的跨层重用。 在过渡层中,先使用1x1的卷积层进行降维,然后再使用2x2的平均池化进行空间尺寸的压缩。 最后,在所有密集块之后加上一个全局平均池化层和一个全连接层,用于分类任务。
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