AlexNet

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paper: 《ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural Networks》

亮点

• 使用``ReLU`激活函数
• 使用LRN局部响应归一化
• 使用重叠的池化操作
• 使用Dropout减少过拟合
• 在ImageNet LSVRC-2010比赛上达到top-1 errors rate 37.5%; top-5 errors rate 17.0%。

网络结构

ReLU

相比于传统的\(tanh(x)\)和\(\frac{1}{1+e^{-x}}\)激活函数，ReLU缓解了梯度消失的问题，训练速度也更快。

ReLU：\(f(x) = x, (x>0); f(x)=0,(other)\)

LRN(Local Response Normalization)

\(a^i_{x,y}\)是经过ReLU后的值，N是kernel的数量，\(\alpha、\beta、k、n\)均为超参数。公式的含义为将相邻的n个kernel的对应位置的值进行计算，起到局部抑制的作用（有人说这并没有什么用）。

Overlapping Pooling

传统的池化操作类似于按照网格一个个处理，相邻的网格彼此不重叠。本文中的池化操作网格部分有重叠。

完整的网络结构

这个部分论文中对细节说的并不是很清楚(padding等信息)

接下来逐层说明具体的网络结构：

input: [3, 224, 224]

``conv1`:

• kernels: 96(分成了图中上下两个部分，在两块GPU上训练的。)
• kernel_size: 11
• padding: [1, 2]
• stride: 4
• output: [96, 55, 55]

``LRN`

Maxpooling1:

• kernel_size: 3
• padding: 0
• stride: 2
• output: [96, 27, 27]

``conv2`:

• kernels: 256
• kernel_size: 5
• padding: [2, 2]
• stride: 1
• output: [256, 27, 27]

LRN

Maxpooling:

• kernel_size: 3
• padding: 0
• stride: 2
• output: [256, 13, 13]

conv3:

• kernels: 384
• kernel_size: 3
• padding: [1, 1]
• stride: 1
• output: [384, 13, 13]
• 连接上一层的两个部分

conv4

• kernels: 384
• kernel_size: 3
• padding: [1, 1]
• stride: 1
• output: [384, 13, 13]

conv5

• kernels: 256
• kernel_size: 3
• padding: [1, 1]
• stride: 1
• output: [256, 13, 13]

Maxpooling:

• kernel_size: 3
• padding: 0
• stride: 2
• output: [256, 6, 6]

全连接层都是会连接上一层的所有kernel，最后一层全连接层的大小取决于分类的数量，前两层全连接网络使用了Dropout操作。

减少过拟合

数据增强

随机裁剪224*224大小的图像块，并做水平映射。

修改RGB通道的强度，通过主成分分析在三个通道上加一个数。

Dropout

随机使50%的神经元失活，这样就得到了很多不同结构的网络，减少了过拟合。

实验

数据集ImageNet LSVRC-2010

• 15,000,000张图片
• 22,000个类别

设备：GTX 580 3GB GPUs*2

训练时间：5~6天

预处理：下采样到256*256。对于长方形的图片，将短边采样到256，然后沿中心裁剪256 * 256部分的图片。训练集中的图片减去对应图片平均像素值。

优化器：SGD，batch = 128，momentum =0.9，weight decay = 0.0005，lr = 0.01

每层的权重通过高斯分布随机初始化，2、4、5和全连接层的bias初始化为1，其余部分bias初始化为0.