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Python?LeNet網(wǎng)絡(luò)詳解及pytorch實(shí)現(xiàn)

 更新時(shí)間:2021年11月23日 17:04:29   作者:Serins  
LeNet主要用來進(jìn)行手寫字符的識別與分類,并在美國的銀行中投入了使用。本文主要為大家詳細(xì)介紹了LetNet以及通過pytorch實(shí)現(xiàn)LetNet,感興趣的小伙伴可以學(xué)習(xí)一下

1.LeNet介紹

LeNet神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由深度學(xué)習(xí)三巨頭之一的Yan LeCun提出,他同時(shí)也是卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (CNN,Convolutional Neural Networks)之父。LeNet主要用來進(jìn)行手寫字符的識別與分類,并在美國的銀行中投入了使用。LeNet的實(shí)現(xiàn)確立了CNN的結(jié)構(gòu),現(xiàn)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的許多內(nèi)容在LeNet的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中都能看到,例如卷積層,Pooling層,ReLU層。雖然LeNet早在20世紀(jì)90年代就已經(jīng)提出了,但由于當(dāng)時(shí)缺乏大規(guī)模的訓(xùn)練數(shù)據(jù),計(jì)算機(jī)硬件的性能也較低,因此LeNet神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在處理復(fù)雜問題時(shí)效果并不理想。雖然LeNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較簡單,但是剛好適合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的入門學(xué)習(xí)。

2.LetNet網(wǎng)絡(luò)模型

LeNet網(wǎng)絡(luò)模型一般指LeNet-5,相信大家學(xué)習(xí)這個(gè)模型的時(shí)候一定都見過這張圖片吧

這張圖也是原論文中的一張模型圖,這樣子看可能會覺得有點(diǎn)不習(xí)慣,下面這張圖是本人在drawio軟件上制作的網(wǎng)絡(luò)模型圖,如下:

糾正一下,上圖中第二個(gè)Conv2d層后面的計(jì)算結(jié)果應(yīng)該為10,寫成了5

相信學(xué)習(xí)了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)的朋友們應(yīng)該能很清晰的看懂這張圖吧,對于右邊的計(jì)算在圖的左上角也給出了公式,上圖中每一層的輸入形狀以及輸出形狀我都詳細(xì)的為大家寫出來了,對于計(jì)算公式和模型大致的結(jié)構(gòu),看下面這張圖也可以(建議對應(yīng)上下圖一起看更容易理解)

LeNet-5網(wǎng)絡(luò)模型簡單的就包含了卷積層,最大池化層,全連接層以及relu,softmax激活函數(shù),模型中的輸入圖片大小以及每一層的卷積核個(gè)數(shù),步長都是模型制定好的,一般不要隨意修改,能改的是最后的輸出結(jié)果,即分類數(shù)量(num_classes)。flatten操作也叫扁平化操作,我們都知道輸入到全連接層中的是一個(gè)個(gè)的特征,及一維向量,但是卷積網(wǎng)絡(luò)特征提取出來的特征矩陣并非一維,要送入全連接層,所以需要flatten操作將它展平成一維。

3.pytorch實(shí)現(xiàn)LeNet

python代碼如下

from torch import nn
import torch
import torch.nn.functional as F

'''
    說明:
    1.LeNet是5層網(wǎng)絡(luò)
    2.nn.ReLU(inplace=True)  參數(shù)為True是為了從上層網(wǎng)絡(luò)Conv2d中傳遞下來的tensor直接進(jìn)行修改,這樣能夠節(jié)省運(yùn)算內(nèi)存,不用多存儲其他變量
    3.本模型的維度注釋均省略了N(batch_size)的大小,即input(3, 32, 32)-->input(N, 3, 32, 32)
    4.nn.init.xavier_uniform_(m.weight)
     用一個(gè)均勻分布生成值,填充輸入的張量或變量,結(jié)果張量中的值采樣自U(-a, a),
     其中a = gain * sqrt( 2/(fan_in + fan_out))* sqrt(3),
     gain是可選的縮放因子,默認(rèn)為1
     'fan_in'保留前向傳播時(shí)權(quán)值方差的量級,'fan_out'保留反向傳播時(shí)的量級
    5.nn.init.constant_(m.bias, 0)
      為所有維度tensor填充一個(gè)常量0
'''


class LeNet(nn.Module):
    def __init__(self, num_classes=10, init_weights=False):
        super(LeNet, self).__init__()
        self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels=3, out_channels=16, kernel_size=5, stride=1)
        self.maxpool1 = nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2)
        self.relu = nn.ReLU(True)

        self.conv2 = nn.Conv2d(in_channels=16, out_channels=32, kernel_size=5, stride=1)
        self.maxpool2 = nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2)

        self.fc1 = nn.Linear(32 * 5 * 5, 120)
        self.fc2 = nn.Linear(120, 84)
        self.fc3 = nn.Linear(84, num_classes)

        if init_weights:
            self._initialize_weights()

    def forward(self, x):
        x = self.conv1(x)  # input(3, 32, 32)  output(16, 28, 28)
        x = self.relu(x)  # 激活函數(shù)
        x = self.maxpool1(x)  # output(16, 14, 14)
        x = self.conv2(x)  # output(32, 10, 10)
        x = self.relu(x)  # 激活函數(shù)
        x = self.maxpool2(x)  # output(32, 5, 5)
        x = torch.flatten(x, start_dim=1)  # output(32*5*5) N代表batch_size
        x = self.fc1(x)  # output(120)
        x = self.relu(x)  # 激活函數(shù)
        x = self.fc2(x)  # output(84)
        x = self.relu(x)  # 激活函數(shù)
        x = self.fc3(x)  # output(num_classes)

        return x

    def _initialize_weights(self):
        for m in self.modules():
            if isinstance(m, nn.Conv2d):
                nn.init.xavier_uniform_(m.weight)
                if m.bias is not None:
                    nn.init.constant_(m.bias, 0)
            elif isinstance(m, nn.Linear):
                nn.init.xavier_uniform_(m.weight)
                nn.init.constant_(m.bias, 0)

或者

下面這一種沒有自己初始化權(quán)重和偏置,就會使用默認(rèn)的初始化方式

import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F
import torch


class LeNet(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(LeNet, self).__init__()
        self.conv1 = nn.Conv2d(3, 16, 5)
        self.pool1 = nn.MaxPool2d(2, 2)
        self.conv2 = nn.Conv2d(16, 32, 5)
        self.pool2 = nn.MaxPool2d(2, 2)
        self.fc1 = nn.Linear(32*5*5, 120)
        self.fc2 = nn.Linear(120, 84)
        self.fc3 = nn.Linear(84, 10)

    def forward(self, x):
        x = F.relu(self.conv1(x))   # output(16, 28, 28)
        x = self.pool1(x)           # output(16, 14, 14)
        x = F.relu(self.conv2(x))   # output(32, 10, 10)
        x = self.pool2(x)           # output(32, 5, 5)
        x = x.view(x.size(0), -1)      # output(32*5*5)
        x = F.relu(self.fc1(x))     # output(120)
        x = F.relu(self.fc2(x))     # output(84)
        x = self.fc3(x)             # output(10)
        return x

nn.Linear就是全連接層,除了最后一個(gè)全連接層,其它均需要relu激活,默認(rèn)無padding操作

nn.Conv2d對應(yīng)的參數(shù)順序一定要記住:

1.in_channels:輸入的通道數(shù)或者深度

2.out_channels:輸出的通道數(shù)或者深度

3.kernel_size:卷積核的大小

4.stride:步長大小,默認(rèn)1

5.padding:padding的大小,默認(rèn)0

6.dilation:膨脹大小,默認(rèn)1,暫時(shí)用不到

7.group:分組組數(shù),默認(rèn)1

8.bias:默認(rèn)True,布爾值,是否用偏置值

9.padding_mode:默認(rèn)用0填充

記不住參數(shù)順序也沒關(guān)系,但需要記住參數(shù)名稱

參考文章:pytorch實(shí)現(xiàn)LeNet網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練及預(yù)測

以上就是Python LeNet網(wǎng)絡(luò)詳解及pytorch實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于Python LeNet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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