CS231n笔记八：CNN经典框架

兮兮Cici_Melon

已于 2022-07-22 19:58:47 修改

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分类专栏：计算机视觉CS231n 文章标签： cnn 深度学习神经网络计算机视觉

于 2022-07-09 21:33:00 首次发布

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本文介绍了四个著名的深度学习网络模型：AlexNet, VGGNet, GoogleNet 和 ResNet。AlexNet开启了深度学习在图像识别领域的应用；VGGNet通过小尺寸卷积核实现网络加深；GoogleNet使用Inception模块和1x1卷积减少计算量，摒弃全连接层；ResNet通过残差学习解决深度网络的退化问题，引入快捷连接加速训练。这些模型对深度学习的发展产生了深远影响。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、AlexNet

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二、VGGNet

Smaller filters， Deeper networks.
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1、VGGNet中用到的卷积核都是3 * 3的，尺寸非常小，为何？？？
答：对于三个3 * 3的卷积核（步长为1），其感受野（effective respective field)和一个7 * 7的卷积核是一样的，都是7 * 7的感受野。但小卷积核可以使网络更深（本来一层7 by 7 layer，现在变成3层3 by 3 layers），这样可以有更多的非线性函数nonlinearity；同时小卷积核组合整体所需的参数比相同感受野的大卷积核要少。
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注：对卷积过程的理解：假设我当前的矩阵是28 by 28 by 256的，我有128个3 by 3的卷积核（实际上是3 by 3 by 256，256作为深度会被省略掉），那么我每算一次卷积，都是做了一个3 by 3 by 256和3 by 3 by 256的点积和（对应位置相乘，所有通道都一起算），得到一个数值结果。假设stride是1且无padding，那么最后得到的结果是一个26 by 26 by 128的矩阵。

三、GoogleNet

没有全连接层，用了inception module作为网络的基础模块，并使用1 by 1卷积核（也叫bottleneck layer瓶颈层）来减少inception module中的计算量。
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四、ResNet残差网络

1、普通深层卷积神经网络的问题

如果单纯的在普通卷积神经网络上增加深度，那么网络的训练准确率和测试准确率都会变得比层数少的网络差（且不是由于过拟合造成的）。ResNet的提出者认为这实际上是一个优化问题，因为深层的网络会更难优化。

2、残差网络思想

残差神经网络的主要贡献是发现了“退化现象（Degradation）”（ResNet团队把退化现象归因为深层神经网络难以实现“恒等变换（y=x）”），并针对退化现象发明了 “快捷连接（Shortcut connection）”，极大的消除了深度过大的神经网络训练困难问题。

instead of直接学习目标函数H(x)，（即我有一个输入x，然后我要学习网络的参数来得到输出H(x)），我们可以将H(x)转化为F(x) + x的形式，也就是相当于x加上一个Δx，于是在每一层网络中我只需要学习这层网络对输入x做了什么修改，即增量，也就是对原有的输入x做了什么改动，也会使得堆积层在输入特征基础上学习到新的特征，这样可以让网络学习起来更容易（只需要找增量即可），同时也保证我这一层的输出至少不会比输入x差。
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3、残差网络的两个优点

（1）残差网络中，如果某层的权值是零，那么就说明这层是一个恒等映射。而通常正则化方法我们会选择L2正则化，L2正则化有一个趋势就是它会驱使所有权值趋向于0，这在经典的CNN网络中是说不通的，但是在残差网络里，权值为0是可以解释得通的，这就促使模型在那些它不需要的层上直接做恒等映射。
（2）另一个优点体现在梯度的反向传播中。当上游梯度经过一个加法门时，它会分叉然后走过两个不同的路径。而在残差网络中，当上游梯度传过来时，它会走一条卷积块的路径，也会走过残差连接的路径，而很明显的，残差连接的路径是很简单的，在反向传播的过程中也不需要很大的计算量，这相当于给梯度提供了一个高速传播的通道，可以让模型训练得更快更容易。