ResNet,ResNext,ShuffleNetv1分别采用的block及其FLOPs计算

ResNet的Block结构

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ResNext的Block结构

ResNext使用的是结构(a),但其实(a),(b),©是等价的
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ShuffleNetv1的Block结构

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三种网络Block结构的FLOPs计算

假设block的input size:c*h*w 并且 bottlneck的通道是m,那么三种block的Flops计算如下:
ResNet:hw(1*1*c*m)+hw(3*3*m*m)+hw(1*1*m*c)=hw(2cm+9m^2)
ResNext:hw(1*1*c*m)+hw(3*3*m*m)/g+hw(1*1*m*c)=hw(2cm+9m^2/g) (ResNext使用了组卷积,g是组数)
ShuffleNet:hw(1*1*c*m)/g+hw(3*3*m)+hw(1*1*m*c)/g=hw(2cm+9m) (BottleNeck中使用的是11组卷积+33DW卷积+1*1组卷积)

DW卷积是Group卷积的特殊情况,当组数g等于m(卷积核个数)时,GConv就是DW卷积

<think>嗯,用户想了解ShuffleNet V1的架构和实现方式。首先,我需要回忆一下ShuffleNet V1的相关知识。根据提供的引用,特别是引用[2]和[3],ShuffleNet V1是轻量化网络,主要用于移动设备和边缘计算。它的核心创新点包括分组卷积和通道重排,对吧? 用户的问题可能涉及原理、实现或应用。我需要先解释ShuffleNet V1的设计目标,即如何在计算资源有限的情况下保持高效性。接下来,核心组件应该包括分组逐点卷积和通道重排操作。记得引用[3]提到,ShuffleNet将ResNet的bottleneck模块中的标准卷积替换为depthwise卷积,并在1x1卷积中使用分组,然后加入通道重排。需要详细说明这些部分的结构变化。 另外,网络架构的分阶段设计也很重要,引用[2]中的表1可能提到了阶段4的输出通道数,但用户可能不需要具体数字,而是整体结构。比如,ShuffleNet V1的各个阶段如何堆叠模块,以及如何调整通道数来提升效率。 实现细节方面,需要注意分组卷积的实现方式,比如在PyTorch中如何设置groups参数。通道重排可能需要一个reshape和转置操作,这部分需要给出代码示例,帮助用户理解。例如,引用[3]中的图c描述了下采样模块的修改,比如使用平均池化和通道连接代替加法操作,这些在实现时需要注意。 还要考虑用户可能的后续问题,比如与V2的区别,或者性能比较,但现在先集中在V1的架构和实现。需要确保回答结构清晰,分点说明,并且引用对应的引用来源。例如,分组卷积和通道重排是来自引用[3],而性能优势在引用[2]中通过表格数据体现。 最后,生成的相关问题需要围绕用户可能的兴趣点,比如设计动机、性能分析、优化方法、应用场景以及与后续版本的比较。确保问题覆盖用户可能进一步探索的方向。</think>### ShuffleNet V1 架构解析 #### 一、设计动机 ShuffleNet V1是专为移动端设备设计的轻量化卷积神经网络,其核心目标是在有限计算资源下保持高精度。通过**分组逐点卷积**和**通道重排**两大创新,将ImageNet分类任务的计算量降低至140MFLOPs以下[^2]。 #### 二、核心组件 1. **分组逐点卷积** - 将标准1x1卷积替换为分组卷积(Grouped Convolution) - 分组数$g$为超参数,典型值为3组 - 计算量降低为原来的$1/g$[^3] 2. **通道重排(Channel Shuffle)** - 解决分组卷积导致的通道信息隔离 - 操作步骤: 1. 将特征图通道维度reshape为$(g×n)$ 2. 转置维度后展平 $$x' = \text{flatten}(\text{transpose}(\text{reshape}(x, (g,n))))$$ 3. **改进的Bottleneck结构** - 标准结构:1x1 Conv → 3x3 DWConv → 1x1 Conv - ShuffleNet结构: - 首尾1x1卷积均采用分组卷积 - 首层卷积降维至原通道的1/4 - 使用深度可分离卷积替代标准3x3卷积[^3] #### 三、网络架构 $$Stage2-4 \ 模块堆叠结构:$$ $$ \begin{cases} \text{输入} \rightarrow \text{Bottleneck} \times 3 \rightarrow \text{下采样} \\ \text{下采样模块使用3x3平均池化+通道拼接} \end{cases} $$ 通过**通道倍增策略**,阶段4输出通道数可达576,远超传统网络[^2] #### 四、关键实现 ```python # 通道重排实现(PyTorch) def channel_shuffle(x, groups): batch, channels, height, width = x.size() channels_per_group = channels // groups x = x.view(batch, groups, channels_per_group, height, width) x = torch.transpose(x, 1, 2).contiguous() return x.view(batch, -1, height, width) # Bottleneck模块 class ShuffleUnit(nn.Module): def __init__(self, in_channels, out_channels, stride): super().__init__() mid_channels = out_channels // 4 self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels, mid_channels, 1, groups=3, bias=False) self.dwconv = nn.Conv2d(mid_channels, mid_channels, 3, stride, 1, groups=mid_channels, bias=False) self.conv2 = nn.Conv2d(mid_channels, out_channels, 1, groups=3, bias=False) self.shortcut = nn.AvgPool2d(3, stride=2, padding=1) if stride==2 else None ``` #### 五、性能优势 在38MFLOPs计算预算下,ShuffleNet V1相比ResNet准确率提升8.7%,主要得益于: 1. 更高效的通道利用率 2. 深度可分离卷积的优化 3. 通道重排带来的跨组信息交互
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