AlexNet收敛慢

在使用Pytorch的AlexNet进行102类分类时,遇到训练过程损失函数波动不降的问题。通过在各卷积层后加入BN层,解决了收敛缓慢的问题,BN层有助于加快训练、控制梯度和防止过拟合。调整后的网络结构显著改善了学习性能。

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1.问题描述

在用Pytorch内置的AlexNet网络做分类问题时(数据集有102类),发现损失函数值变化十分缓慢,甚至不下降,只是来回波动。
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2.问题分析

用其它模型训练没有出现该问题,说明该问题很大可能是模型本身造成的。

3.解决办法

考虑到AlexNet网络提出较早,没有应用批量归一化技术。为了加快收敛速度,我给每个卷积层后面都加上了BN层。
BN层主要有以下三个作用:
(1)加快网络的训练和收敛的速度
(2)控制梯度爆炸防止梯度消失
(3)防止过拟合

代码如下:

class AlexNet(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(AlexNet, self).__init__()
        # input(3,224,224)
        self.conv1 = nn.Conv2d(3, 96, kernel_size=11, stride=4)  
        self.pool1 = nn.MaxPool2d(kernel_size=3, stride=2)         		self.conv2 = nn.Conv2d(96, 256, kernel_size=5, padding=2)  	self.pool2 = nn.MaxPool2d(kernel_size=3, stride=2)  
        self.conv3 = nn.Conv2d(256, 384, kernel_size=3, padding=1) 
        self.conv4 = nn.Conv2d(384, 384, kernel_size=3, padding=1)  
        self.conv5 = nn.Conv2d(384, 256, kernel_size=3, padding=1)  
        self.pool3 = nn.MaxPool2d(kernel_size=3, stride=2)  # 
        self.fc1 = nn.Linear(256 * 5 * 5, 4096)
        self.fc2 = nn.Linear(4096, 4096)
        self.fc3 = nn.Linear(4096, 102)
    def forward(self,x):
        batch = x.shape[0]
        x=torch.relu(self.conv1(x))
        x=self.pool1(x)
        nn.BatchNorm2d(96)
        x=torch.relu(self.conv2(x))
        x=self.pool2(x)
        nn.BatchNorm2d(256)
        x=self.pool3(torch.relu(self.conv5(self.conv4(self.conv3(x)))))
        nn.BatchNorm2d(256)
        x=x.view(batch,-1)
        x=torch.relu(self.fc1(x))
        nn.BatchNorm1d(4096)
        x=torch.relu(self.fc2(x))
        nn.BatchNorm1d(4096)
        x=self.fc3(x)
        return x

结果如下:
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可以看到训练时损失函数值出现了较为明显的下降,模型可以正常学习!

AlexNet和LeNet是两个经典的卷积神经网络模型,它们在结构和设计上有一些区别,这些区别可能影响了它们的收敛速度。 以下是一些可能导致AlexNet收敛速度较的因素: 1. 模型深度:AlexNet相对于LeNet更深,具有更多的卷积层和全连接层。深度网络通常需要更多的参数和更复杂的计算,因此训练起来可能更。 2. 图像尺寸:AlexNet使用更大尺寸的输入图像(227x227),相比之下,LeNet使用的输入图像尺寸较小(32x32)。大尺寸的输入图像意味着更多的像素和更高的维度,这可能导致计算量增加,从而影响了训练速度。 3. 训练数据集规模:AlexNet在ImageNet数据集上进行训练,该数据集包含数百万张图像,而LeNet通常在MNIST数据集上进行训练,该数据集只有6万张图像。大规模数据集通常需要更多的计算和迭代才能达到收敛,因此对于AlexNet来说,训练速度可能会受到影响。 4. 计算资源:AlexNet相对于LeNet来说更复杂,需要更多的计算资源来训练。如果训练环境的计算资源有限,或者没有进行适当的优化和调整,那么训练速度可能会受到限制。 需要注意的是,以上因素只是一些可能的原因,实际情况可能受到许多其他因素的影响。此外,收敛速度的比较也取决于具体任务和数据集。在实践中,可以通过调整学习率、正则化、优化算法等方法来优化模型的收敛速度和性能。
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