AlexNet 神经网络结构详解

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我要举例说明的第二种神经网络是AlexNet,是以论文的第一作者Alex Krizhevsky的名字命名的,另外两位合著者是Ilya Sutskever和Geoffery Hinton。

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AlexNet首先用一张227×227×3的图片作为输入,实际上原文中使用的图像是224×224×3,但是如果你尝试去推导一下,你会发现227×227这个尺寸更好一些。

第一层我们使用96个11×11的过滤器,步幅为4,由于步幅是4,因此尺寸缩小到55×55,缩小了4倍左右。

(以下请有兴趣的同学一定要推导一下,算一算才有长进~)

然后用一个3×3的过滤器构建最大池化层,f=3,步幅s为2,卷积层尺寸缩小为27×27×96。接着再执行一个5×5的卷积,padding之后,输出是27×27×276。然后再次进行最大池化,尺寸缩小到13×13。

再执行一次same卷积,相同的padding,得到的结果是13×13×384,384个过滤器。

再做一次same卷积,就像这样。

再做一次同样的操作,最后再进行一次最大池化,尺寸缩小到6×6×256。

6×6×256等于9216,将其展开为9216个单元,然后是一些全连接层。

最后使用softmax函数输出识别的结果,看它究竟是1000个可能的对象中的哪一个。

实际上,这种神经网络与LeNet有很多相似之处,不过AlexNet要大得多。

正如前面讲到的LeNet或LeNet-5大约有6万个参数,而AlexNet包含约6000万个参数。当用于训练图像和数据集时,AlexNet能够处理非常相似的基本构造模块,这些模块往往包含着大量的隐藏单元或数据,这一点AlexNet表现出色。

重点来了:AlexNet比LeNet表现更为出色的另一个原因是它使用了ReLu激活函数!

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同样的,我还会讲一些比较深奥的内容,如果你并不打算阅读论文,不听也没有关系。

第一点,在写这篇论文的时候,GPU的处理速度还比较慢,所以AlexNet采用了非常复杂的方法在两个GPU上进行训练。大致原理是,这些层分别拆分到两个不同的GPU上,同时还专门有一个方法用于两个GPU进行交流。

论文还提到,经典的AlexNet结构还有另一种类型的层,叫作“局部响应归一化层”(Local Response Normalization),即LRN层,这类层应用得并不多,所以我并没有专门讲。

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局部响应归一层的基本思路是,假如这是网络的一块,比如是13×13×256,LRN要做的就是选取一个位置,比如说这样一个位置,从这个位置穿过整个通道,能得到256个数字,并进行归一化。进行局部响应归一化的动机是,对于这张13×13的图像中的每个位置来说,我们可能并不需要太多的高激活神经元。但是后来,很多研究者发现LRN起不到太大作用,这应该是被我划掉的内容之一,因为并不重要,而且我们现在并不用LRN来训练网络。

如果你对深度学习的历史感兴趣的话,我认为在AlexNet之前,深度学习已经在语音识别和其它几个领域获得了一些关注,但正是通过这篇论文,计算机视觉群体开始重视深度学习,并确信深度学习可以应用于计算机视觉领域。此后,深度学习在计算机视觉及其它领域的影响力与日俱增。如果你并不打算阅读这方面的论文,其实可以不用学习这节课。但如果你想读懂一些相关的论文,这是比较好理解的一篇,学起来会容易一些。

AlexNet网络结构看起来相对复杂,包含大量超参数,这些数字(55×55×96、27×27×96、27×27×256……)都是Alex Krizhevsky及其合著者不得不给出的。

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