李宏毅《机器学习》总结 - 2022 HW3（图像识别、CNN） Strong Baseline

调参调吐了。。做的最艰难的一次（虽然一共也没做几次）
最好做到了 private 0.82 / public 0.808
这题前前后后做了五天。。主要是后来 train 一次就得花很长很长时间，我的 kaggle 余额也用的差不多了。。

这个题目大概就是给你 11 种食物的图片，让你学习，并分类

题目分析

4-fold ensemble $epoch=25$ 能过 medium， $epoch=100$ 过 strong

代码分析

处理图片就先转化成 $128\times 128$ 个 pixel，然后做 CNN。pytorch 的卷积层长这样：

torch.nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size, stride, padding)

前面两个可以理解成原来的图为 $\mathit{in}\times N\times N$ ，卷积之后变成 $\mathit{out}\times N\times N$
kernel 就是 filter 的大小，stride 就是 filter 每次移动的步长，padding 就是移动出去之后填充的数字
做完卷积之后通常接一个batch normalization，防止 gradient exploding/vanishing
为了减少运算，一般再加一个池化层，设成 $2\times 2$

class Classifier(nn.Module):
   def __init__(self):
       super(Classifier, self).__init__()
       # torch.nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size, stride, padding)
       # torch.nn.MaxPool2d(kernel_size, stride, padding)
       # input 維度 [3, 128, 128]
       self.cnn = nn.Sequential(
           nn.Conv2d(3, 64, 3, 1, 1),  # [64, 128, 128]
           nn.BatchNorm2d(64),
           nn.ReLU(),
           nn.MaxPool2d(2, 2, 0),      # [64, 64, 64] 
          

           nn.Conv2d(64, 128, 3, 1, 1), # [128, 64, 64]
           nn.BatchNorm2d(128),
           nn.ReLU(),
           nn.MaxPool2d(2, 2, 0),      # [128, 32, 32]
         
           nn.Conv2d(128, 256, 3, 1, 1), # [256, 32, 32]
           nn.BatchNorm2d(256),
           nn.ReLU(),
           nn.MaxPool2d(2, 2, 0),      # [256, 16, 16]

           nn.Conv2d(256, 512, 3, 1, 1), # [512, 16, 16]
           nn.BatchNorm2d(512),
           nn.ReLU(),
           nn.MaxPool2d(2, 2, 0),       # [512, 8, 8]
           
           nn.Conv2d(512, 512, 3, 1, 1), # [512, 8, 8]
           nn.BatchNorm2d(512),
           nn.ReLU(),  
           nn.MaxPool2d(2, 2, 0),       # [512, 4, 4]
       )
       self.fc = nn.Sequential(
           nn.Dropout(0.4),
           nn.Linear(512*4*4, 1024),
           nn.ReLU(),
           nn.Linear(1024, 512),
           nn.ReLU(),
           nn.Linear(512, 11)
       )

   def forward(self, x):
       out = self.cnn(x)
       out = out.view(out.size()[0], -1)
       return self.fc(out)

然后结合一下 ensemble，简单来说就是跑好几次这个模型，testing 预测的时候取 argmax，也叫做 k-fold，这里我让 $k=4$
还有就是 cross validation，由于是 4-fold，我每次重新划分训练集和验证集，具体的可以先把所有的训练资料存起来，然后每一轮训练的时候重新划分。
这样跑几轮，大概 2、3 个小时（当时我让 $epoch=25$ ），就跑出来 private 0.77 / public 0.79（~~所以后来四天我就让 public 提升了 0.02？~~）