网络中的网络：NiN

Posted 2022-01-02 心之所向521

         前面几篇文章介绍的LeNet、AlexNet和VGG在设计上的共同之处是：先以由卷积层构成的模块充分抽取空间特征，再以由全连接层构成的模块来输出分类结果。其中，AlexNet和VGG对LeNet的改进主要在于如 何对这两个模块加宽（增加通道数）和加深。今天我们来介绍网络中的网络（NiN）：它提出了另外 一个思路，即串联多个由卷积层和“全连接”层构成的小网络来构建一个深层网络。

        我们知道卷积层的输入和输出通常是四维数组（样本，通道，高，宽），而全连接层的输入和输出则通常是二维数组（样本，特征）。如果想在全连接层后再接上卷积层，则需要将全连接层的输出变换为 四维。现在我们用一种特殊的卷积1*1卷积层。它可以看成全连接层，其中空间维度（高和宽)上的每个元素相当于样本，通道相当于1*1特征。因此，NiN使用这个特殊的卷积层来替代全连接层，从而使空间信息能够自然传递到后面的层中去。下图对比了NiN同AlexNet和VGG等网络在结构上的主要区别。

上图是AlexNet和VGG的网络结构局部，下面图是NiN的网络结构局部

        NiN块是NiN中的基础块。它由一个卷积层加两个充当全连接层的1x1卷积层串联而成。其中第一个卷积层的超参数可以自行设置，而第二和第三个卷积层的超参数一般是固定的。

  import time
  import torch
  from torch import nn, optim   
  import sys
  sys.path.append("..")
 
​
  import d2lzh_pytorch as d2l
  device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')

  def  nin_block(in_channels,  out_channels,  kernel_size,  stride,  padding): blk = nn.Sequential(nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size, stride, padding),
​
           nn.ReLU(),
           nn.Conv2d(out_channels,   out_channels,  kernel_size=1),
           nn.ReLU(),
           nn.Conv2d(out_channels,  out_channels,  kernel_size=1),
           nn.ReLU())
   return blk

​

总结：

1. NiN重复使用由卷积层和代替全连接层的1x1卷积层构成的NiN块来构建深层网络。

     2.NiN去除了容易造成过拟合的全连接输出层，而是将其替换成输出通道数等于标签类别数的NiN块 和全局平均池化层。

    3.NiN的以上设计思想影响了后面一系列卷积神经网络的设计。