CNN图像分类模型(三)——VGGNet

VGGNet是由牛津大学和Google DeepMind合作研发的深度卷积网络,以16-19层的深度在ILSVRC 2014上取得优异成绩。本文主要介绍VGG-16模型,包括其网络结构,如多个3x3卷积层和最大池化层,以及全连接层,最终通过softmax层进行分类。

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一)简介

  VGG Net由牛津大学的视觉几何组(Visual Geometry Group)和 Google DeepMind公司的研究员一起研发的的深度卷积神经网络,在 ILSVRC 2014 上取得了第二名的成绩。它主要的贡献是使用小尺寸滤波器,对网络深度进行大幅增加,展示出网络深度(推进到16-19层)对模型效果有显著提高。

二)VGGNet模型解析

  论文中展示了一系列不同的VGG模型结构,如下图所示。
在这里插入图片描述
  图中所有的网络都基于通用结构设计,只是深度不同:
    A包含11个权重层一一8个卷积层,3个全连接层;
    ……
    E包含19个权重层一一16个卷积层,3个全连接层;
  右边的网络均基于A,实验表明最后两组,即深度最深的两组16和19层的VGGNet网络模型在分类和定位任务上的效果最好。

2.1)VGG-16网络结构

  下面VGG-16的网络结构图,在Netscope上有更清晰的展示,大家可以自行前往,而且对每层有大致的描述:http://ethereon.github.io/netscope/#/gist/dc5003de6943ea5a6b8b
VGG-16网络结构

图像输入

  输入是

### 常见CNN架构在图像分类任务上的性能与特点 #### 性能分析 不同类型的卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)因其独特的结构设计,在图像分类任务中表现出显著差异。例如,ResNet通过引入残差连接解决了深层网络中的梯度消失问题,从而能够构建更深的网络层数并保持较高的准确性[^1]。 另一方面,VGG系列模型以其简单的堆叠方式著称——即通过重复使用小型滤波器(如 \(3 \times 3\) 的核),实现了良好的特征提取效果。然而,这种简单的设计也带来了参数量大、计算成本高的缺点[^2]。 对于轻量化需求的应用场景,则有MobileNet和ShuffleNet这样的优化型框架可供选择。这些模型采用深度可分离卷积技术大幅减少了计算开销,同时尽可能维持了预测精度水平。 #### 特点总结 - **AlexNet**: 首次成功应用ReLU激活函数及Dropout正则化方法到大规模视觉识别竞赛中获胜的经典之作;它证明了GPU加速训练大型DNN模型的可能性[^3]。 - **GoogLeNet (Inception)**: 创新性地提出了inception module概念,允许在一个单一层次内探索多种尺度的感受野组合方案而不增加太多额外负担. - **ResNet**: 如前所述,凭借突破性的跳跃连接机制克服了超深网络难以收敛难题,成为现代许多先进系统的骨干基础之一. - **EfficientNet**: 提出了复合缩放法统一调整宽度、深度以及分辨率个维度的方法论,使得资源受限条件下仍能找到更优解空间位置. 以下是基于PyTorch实现的一个基本CNN定义模板作为参考: ```python import torch.nn as nn class SimpleCNN(nn.Module): def __init__(self): super(SimpleCNN, self).__init__() self.conv_layer = nn.Sequential( nn.Conv2d(in_channels=3, out_channels=64, kernel_size=(3, 3), padding='same'), nn.ReLU(), nn.MaxPool2d(kernel_size=(2, 2)) ) self.fc_layer = nn.Linear(64 * 16 * 16, num_classes) def forward(self, x): x = self.conv_layer(x) x = x.view(-1, 64 * 16 * 16) # Flatten tensor before passing to fully connected layer. output = self.fc_layer(x) return output ``` 上述代码片段展示了如何利用`torch.nn`模块快速搭建起具备单个卷积层加最大池化的简易版CNN实例。
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