CNN网络架构演进一、LeNet二、AlexNet三、ZF-Net四、VGG五、GoogLeNet六、ResNet 七、DenseNet

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我是靠谱客的博主机智芝麻，最近开发中收集的这篇文章主要介绍CNN网络架构演进一、LeNet二、AlexNet三、ZF-Net四、VGG五、GoogLeNet六、ResNet 七、DenseNet，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

卷积神经网络（Convolutional Neural Network, CNN）从90年代LeNet开始，21世纪沉寂了10年，直到12年AlexNet开始又开始火热起来。

一、LeNet

LeNet是卷积神经网络的祖师爷LeCun在1998年提出，用于解决手写数字识别的视觉任务。自那时起，CNN的最基本的架构就定下来了：卷积层、池化层、全连接层。如今各大深度学习框架中所使用的LeNet都是简化改进过的LeNet-5（-5表示具有5个层），和原始的LeNet有些许不同，比如把激活函数改为了现在很常用的ReLu。

LeNet-5跟现有的conv->pool->ReLU的套路不同，它使用的方式是conv1->pool->conv2->pool2再接全连接层，但是不变的是，卷积层后紧接池化层的模式依旧不变。

二、AlexNet

AlexNet在2012年ImageNet竞赛中以超过第二名10.9个百分点的绝对优势一举夺冠，从此深度学习和卷积神经网络名声鹊起，深度学习的研究如雨后春笋般出现，AlexNet的出现可谓是卷积神经网络的王者归来。

AlexNet用到训练技巧：

（1）据增广技巧来增加模型泛化能力。

（2）用ReLU代替Sigmoid来加快SGD的收敛速度

（3）Dropout:Dropout原理类似于浅层学习算法的中集成算法，该方法通过让全连接层的神经元（该模型在前两个全连接层引入Dropout）以一定的概率失去活性（比如0.5）失活的神经元不再参与前向和反向传播，相当于约有一半的神经元不再起作用。在测试的时候，让所有神经元的输出乘0.5。Dropout的引用，有效缓解了模型的过拟合。

（4）Local Responce Normalization：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，因为并不重要，而且我们现在并不用 LRN 来训练网络。

三、ZF-Net

ZFNet是2013ImageNet分类任务的冠军，其网络结构没什么改进，只是调了调参，性能较Alex提升了不少。ZF-Net只是将AlexNet第一层卷积核由11变成7，步长由4变为2，第3，4，5卷积层转变为384，384，256。这一年的ImageNet还是比较平静的一届，其冠军ZF-Net的名堂也没其他届的经典网络架构响亮。

四、VGG

VGG-Nets是由牛津大学VGG（Visual Geometry Group）提出，是2014年ImageNet竞赛定位任务的第一名和分类任务的第二名的中的基础网络。VGG可以看成是加深版本的AlexNet. 都是conv layer + FC layer，在当时看来这是一个非常深的网络了，因为层数高达十多层，《Very Deep Convolutional Networks for Large-Scale Visual Recognition》，当然以现在的目光看来VGG真的称不上是一个very deep的网络。

五、GoogLeNet

GoogLeNet在2014的ImageNet分类任务上击败了VGG-Nets夺得冠军，其实力肯定是非常深厚的，GoogLeNet跟AlexNet，VGG-Nets这种单纯依靠加深网络结构进而改进网络性能的思路不一样，它另辟幽径，在加深网络的同时（22层），也在网络结构上做了创新，引入Inception结构代替了单纯的卷积+激活的传统操作（这思路最早由Network in Network提出）。GoogLeNet进一步把对卷积神经网络的研究推上新的高度。

（1）引入Inception结构

（2）中间层的辅助LOSS单元

（3）后面的全连接层全部替换为简单的全局平均pooling

六、ResNet

2015年何恺明推出的ResNet在ISLVRC和COCO上横扫所有选手，获得冠军。ResNet在网络结构上做了大创新，而不再是简单的堆积层数，ResNet在卷积神经网络的新思路，绝对是深度学习发展历程上里程碑式的事件。

（1）层数非常深，已经超过百层

（2）引入残差单元来解决退化问题

《Deep Residual Learning for Image Recognition》

keras实现：

def Conv2d_BN(x, nb_filter,kernel_size, strides=(1,1), padding='same',name=None):
if name is not None:
bn_name = name + '_bn'
conv_name = name + '_conv'
else:
bn_name = None
conv_name = None
x = Conv2D(nb_filter,kernel_size,padding=padding,strides=strides,activation='relu',name=conv_name)(x)
x = BatchNormalization(axis=3,name=bn_name)(x)
return x
def Conv_Block(inpt,nb_filter,kernel_size,strides=(1,1), with_conv_shortcut=False):
x = Conv2d_BN(inpt,nb_filter=nb_filter[0],kernel_size=(1,1),strides=strides,padding='same')
x = Conv2d_BN(x, nb_filter=nb_filter[1], kernel_size=(3,3), padding='same')
x = Conv2d_BN(x, nb_filter=nb_filter[2], kernel_size=(1,1), padding='same')
if with_conv_shortcut:
shortcut = Conv2d_BN(inpt,nb_filter=nb_filter[2],strides=strides,kernel_size=kernel_size)
x = add([x,shortcut])
return x
else:
x = add([x,inpt])
return x
def ResNet50():
inpt = Input(shape=(224,224,3))
x = ZeroPadding2D((3,3))(inpt)
x = Conv2d_BN(x,nb_filter=64,kernel_size=(7,7),strides=(2,2),padding='valid')
x = MaxPooling2D(pool_size=(3,3),strides=(2,2),padding='same')(x)
x = Conv_Block(x,nb_filter=[64,64,256],kernel_size=(3,3),strides=(1,1),with_conv_shortcut=True)
x = Conv_Block(x,nb_filter=[64,64,256],kernel_size=(3,3))
x = Conv_Block(x,nb_filter=[64,64,256],kernel_size=(3,3))
x = Conv_Block(x,nb_filter=[128,128,512],kernel_size=(3,3),strides=(2,2),with_conv_shortcut=True)
x = Conv_Block(x,nb_filter=[128,128,512],kernel_size=(3,3))
x = Conv_Block(x,nb_filter=[128,128,512],kernel_size=(3,3))
x = Conv_Block(x,nb_filter=[128,128,512],kernel_size=(3,3))
x = Conv_Block(x,nb_filter=[256,256,1024],kernel_size=(3,3),strides=(2,2),with_conv_shortcut=True)
x = Conv_Block(x,nb_filter=[256,256,1024],kernel_size=(3,3))
x = Conv_Block(x,nb_filter=[256,256,1024],kernel_size=(3,3))
x = Conv_Block(x,nb_filter=[256,256,1024],kernel_size=(3,3))
x = Conv_Block(x,nb_filter=[256,256,1024],kernel_size=(3,3))
x = Conv_Block(x,nb_filter=[256,256,1024],kernel_size=(3,3))
x = Conv_Block(x,nb_filter=[512,512,2048],kernel_size=(3,3),strides=(2,2),with_conv_shortcut=True)
x = Conv_Block(x,nb_filter=[512,512,2048],kernel_size=(3,3))
x = Conv_Block(x,nb_filter=[512,512,2048],kernel_size=(3,3))
x = AveragePooling2D(pool_size=(7,7))(x)
x = Flatten()(x)
x = Dense(1000,activation='softmax')(x)
model = Model(inputs=inpt,outputs=x)
return model

七、DenseNet

自Resnet提出以后，ResNet的变种网络层出不穷，都各有其特点，网络性能也有一定的提升。介绍的最后一个网络是CVPR 2017最佳论文DenseNet，论文中提出的DenseNet（Dense Convolutional Network）主要还是和ResNet及Inception网络做对比，思想上有借鉴，但却是全新的结构，网络结构并不复杂，却非常有效，在CIFAR指标上全面超越ResNet。可以说DenseNet吸收了ResNet最精华的部分，并在此上做了更加创新的工作，使得网络性能进一步提升。密集连接：缓解梯度消失问题，加强特征传播，鼓励特征复用，极大的减少了参数量。

DenseNet github实现：https://github.com/taki0112/Densenet-Tensorflow