caffe小问题(2):softmaxWithLoss

本文解析了Caffe框架中的SoftmaxWithLoss层,揭示其由MultinomialLogisticLossLayer(交叉熵损失)与SoftmaxLayer组成。特别指出SoftmaxLayer并未包含全连接操作,这与传统softmax回归有所不同。
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caffe中的softmaxWithLoss其实是:
softmaxWithLoss = Multinomial Logistic Loss Layer + Softmax Layer

其中:
Multinomial Logistic Loss Layer 即为交叉熵代价函数
Softmax Layer其实就是指softmax function(全连接那一步在它前面的fc中实现)

示意图如下:
这里写图片描述

应该注意,这里的Softmax Layer与机器学习中提到的softmax regression有一个小小的不同:它没有将前面的全连接层考虑在内,也就是说,它将softmax regression进行了分解:

softmax regression = 全连接层 + softmax layer (即softmax function)


另外,softmax function那个过程,按照如下方式绘制展示可能会更加明白
这里写图片描述

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GPT OSS 是OpenAI 推出的重量级开放模型,面向强推理、智能体任务以及多样化开发场景

Caffe框架中,实现模型训练或功能的具体方法涉及多个关键步骤,包括模型定义、训练配置、数据准备、训练执行以及模型测试等环节。以下是一个完整的流程概述和相关实现细节。 ### 模型定义 Caffe中的模型定义通常通过`prototxt`文件完成,其中包括网络结构的详细描述。例如,一个简单的卷积神经网络(CNN)定义可能如下: ```protobuf name: "SimpleCNN" input: "data" input_dim: 64 # batch size input_dim: 3 # channels input_dim: 224 # height input_dim: 224 # width layer { name: "conv1" type: "Convolution" bottom: "data" top: "conv1" convolution_param { num_output: 32 kernel_size: 3 stride: 1 pad: 1 } } layer { name: "relu1" type: "ReLU" bottom: "conv1" top: "conv1" } layer { name: "pool1" type: "Pooling" bottom: "conv1" top: "pool1" pooling_param { pool: MAX kernel_size: 2 stride: 2 } } layer { name: "fc1" type: "InnerProduct" bottom: "pool1" top: "fc1" inner_product_param { num_output: 10 } } layer { name: "loss" type: "SoftmaxWithLoss" bottom: "fc1" bottom: "label" top: "loss" } ``` ### 训练配置 训练配置文件(如`solver.prototxt`)定义了训练过程中的超参数,包括学习率、迭代次数、快照保存频率等。以下是一个典型的`solver.prototxt`配置示例: ```protobuf net: "train.prototxt" # 网络定义文件路径 test_iter: 1000 # 测试迭代次数 test_interval: 500 # 每500次迭代进行一次测试 base_lr: 0.001 # 初始学习率 momentum: 0.9 # 动量项 weight_decay: 0.0005 # 权重衰减 lr_policy: "step" # 学习率衰减策略 gamma: 0.1 # 学习率衰减因子 stepsize: 10000 # 学习率衰减步长 display: 20 # 每20次迭代显示一次训练信息 max_iter: 50000 # 最大迭代次数 snapshot: 5000 # 快照保存间隔 snapshot_prefix: "model" # 快照文件前缀 solver_mode: GPU # 使用GPU进行训练 ``` ### 数据准备 Caffe支持多种数据格式,如`LMDB`、`LevelDB`等。数据准备通常包括数据预处理和格式转换。以下是一个将图像数据转换为`LMDB`格式的Python脚本示例: ```python import caffe import lmdb from PIL import Image import numpy as np import os # 定义图像尺寸 IMAGE_WIDTH = 224 IMAGE_HEIGHT = 224 # 创建LMDB数据库 env = lmdb.open('train_lmdb', map_size=1099511627776) # 获取所有图像文件路径 image_files = [os.path.join('train_images', f) for f in os.listdir('train_images') if f.endswith('.jpg')] with env.begin(write=True) as txn: for i, image_file in enumerate(image_files): # 读取图像并调整大小 img = Image.open(image_file).convert('RGB').resize((IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT)) # 转换为numpy数组 img_data = np.array(img) # 构建Datum对象 datum = caffe.io.array_to_datum(img_data, label=i % 10) # 假设有10个类别 # 写入LMDB txn.put(f"{i:08}".encode(), datum.SerializeToString()) env.close() ``` ### 训练执行 训练过程可以通过Caffe的命令行工具或Python接口启动。以下是一个使用Python接口进行训练的示例: ```python import caffe # 设置GPU模式 caffe.set_device(0) caffe.set_mode_gpu() # 加载solver solver = caffe.SGDSolver('solver.prototxt') # 开始训练 solver.solve() ``` ### 模型测试 训练完成后,可以使用训练好的模型进行测试。以下是一个将`mean.binaryproto`文件转换为`mean.npy`文件的示例代码,以便在Python中使用: ```python import caffe import numpy as np MEAN_PROTO_PATH = 'imagenet_mean.binaryproto' # 待转换的pb格式图像均值文件路径 MEAN_NPY_PATH = 'mean.npy' # 转换后的numpy格式图像均值文件路径 blob = caffe.proto.caffe_pb2.BlobProto() data = open(MEAN_PROTO_PATH, 'rb').read() blob.ParseFromString(data) array = np.array(caffe.io.blobproto_to_array(blob)) mean_npy = array[0] # 选择第一组均值 np.save(MEAN_NPY_PATH, mean_npy) ``` ### 模型部署 在模型训练完成后,通常需要将其部署到生产环境中。部署文件`deploy.prototxt`与训练文件类似,但不包含损失层和标签输入。以下是一个简单的`deploy.prototxt`文件示例: ```protobuf name: "SimpleCNN" input: "data" input_dim: 1 # batch size input_dim: 3 # channels input_dim: 224 # height input_dim: 224 # width layer { name: "conv1" type: "Convolution" bottom: "data" top: "conv1" convolution_param { num_output: 32 kernel_size: 3 stride: 1 pad: 1 } } layer { name: "relu1" type: "ReLU" bottom: "conv1" top: "conv1" } layer { name: "pool1" type: "Pooling" bottom: "conv1" top: "pool1" pooling_param { pool: MAX kernel_size: 2 stride: 2 } } layer { name: "fc1" type: "InnerProduct" bottom: "pool1" top: "fc1" inner_product_param { num_output: 10 } } layer { name: "prob" type: "Softmax" bottom: "fc1" top: "prob" } ``` 通过以上步骤,可以在Caffe框架中实现模型训练和功能的具体方法。用户可以根据实际需求调整网络结构、训练参数和数据处理流程。
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