关于 global average pooling

Posted 2022-05-12 默一鸣

Golbal Average Pooling 第一次出现在论文Network in Network中，后来又很多工作延续使用了GAP，实验证明：Global Average Pooling确实可以提高CNN效果。

Fully Connected layer

很长一段时间以来，全连接网络一直是CNN分类网络的标配结构。一般在全连接后会有激活函数来做分类，假设这个激活函数是一个多分类softmax，那么全连接网络的作用就是将最后一层卷积得到的feature map stretch成向量，对这个向量做乘法，最终降低其维度，然后输入到softmax层中得到对应的每个类别的得分。

全连接层如此的重要，以至于全连接层过多的参数重要到会造成过拟合，所以也会有一些方法专门用来解决过拟合，比如dropout。

Golbal Average Pooling

global average pooling 与 average pooling 的差别就在 "global" 这一个字眼上。global 与 local 在字面上都是用来形容 pooling 窗口区域的。 local 是取 feature map 的一个子区域求平均值，然后滑动这个子区域； global 显然就是对整个 feature map 求平均值了。

因此，global average pooling 的最后输出结果仍然是 10 个 feature map，而不是一个，只不过每个 feature map 只剩下一个像素罢了。这个像素就是求得的平均值。
官方 prototxt 文件 里写了。网络进行到最后一个 average pooling 层的时候，feature map 就剩下了 10 个，每个大小是 8 * 8。顺其自然地作者就把 pooling 窗口设成了 8 个像素，意会为 global average pooling 。可见，global average pooling 就是窗口放大到整个 feature map 的 average pooling 。

每个讲到全局池化的都会说GAP就是把avg pooling的窗口大小设置成feature map的大小，这虽然是正确的，但这并不是GAP内涵的全部。GAP的意义是对整个网络从结构上做正则化防止过拟合。既要参数少避免全连接带来的过拟合风险，又要能达到全连接一样的转换功能，怎么做呢？直接从feature map的通道上下手，如果我们最终有1000类，那么最后一层卷积输出的feature map就只有1000个channel，然后对这个feature map应用全局池化，输出长度为1000的向量，这就相当于剔除了全连接层黑箱子操作的特征，直接赋予了每个channel实际的类别意义。