【深度學(xué)習(xí)】9 大主題卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）的 PyTorch 實現(xiàn)

大家還記得這張圖嗎？

之前，紅色石頭發(fā)文介紹過一份很不錯的資源：

52 個深度學(xué)習(xí)目標(biāo)檢測模型匯總，論文、源碼一應(yīng)俱全！

深度系統(tǒng)介紹了 52 個目標(biāo)檢測模型，縱觀 2013 年到 2020 年，從最早的 R-CNN、OverFeat 到后來的 SSD、YOLO v3 再到去年的 M2Det，新模型層出不窮，性能也越來越好！

上文聚焦于源碼和論文，對于各種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的實現(xiàn)，本文將介紹它們的 PyTorch 實現(xiàn)，非常有用！

這份資源已經(jīng)開源在了 GitHub 上，鏈接如下：

https://github.com/shanglianlm0525/PyTorch-Networks

先來個總結(jié)介紹，該系列的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)包含了 9 大主題，目錄如下：

1. 典型網(wǎng)絡(luò)

2.?輕量級網(wǎng)絡(luò)

3.?目標(biāo)檢測網(wǎng)絡(luò)

4.?語義分割網(wǎng)絡(luò)

5.?實例分割網(wǎng)絡(luò)

6.?人臉檢測和識別網(wǎng)絡(luò)

7.?人體姿態(tài)識別網(wǎng)絡(luò)

8.?注意力機制網(wǎng)絡(luò)

9.?人像分割網(wǎng)絡(luò)

下面具體來看一下：

典型的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括：AlexNet、VGG、ResNet、InceptionV1、InceptionV2、InceptionV3、InceptionV4、Inception-ResNet。

以 AlexNet 網(wǎng)絡(luò)為例，AlexNet 是 2012 年 ImageNet 競賽冠軍獲得者 Hinton 和他的學(xué)生 Alex Krizhevsky 設(shè)計的。AlexNet 中包含了幾個比較新的技術(shù)點，也首次在 CNN 中成功應(yīng)用了 ReLU、Dropout 和 LRN 等 Trick。同時 AlexNet 也使用了 GPU 進(jìn)行運算加速。

AlexNet 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的 PyTorch 實現(xiàn)方式如下：

import torchimport torch.nn as nn
def Conv3x3BNReLU(in_channels,out_channels,stride,padding=1):    return nn.Sequential(            nn.Conv2d(in_channels=in_channels, out_channels=out_channels, kernel_size=3, stride=stride, padding=1),            nn.BatchNorm2d(out_channels),            nn.ReLU6(inplace=True)        )
def Conv1x1BNReLU(in_channels,out_channels):    return nn.Sequential(            nn.Conv2d(in_channels=in_channels, out_channels=out_channels, kernel_size=1, stride=1, padding=0),            nn.BatchNorm2d(out_channels),            nn.ReLU6(inplace=True)        )
def ConvBNReLU(in_channels,out_channels,kernel_size,stride,padding=1):    return nn.Sequential(            nn.Conv2d(in_channels=in_channels, out_channels=out_channels, kernel_size=kernel_size, stride=stride, padding=padding),            nn.BatchNorm2d(out_channels),            nn.ReLU6(inplace=True)        )
def ConvBN(in_channels,out_channels,kernel_size,stride,padding=1):    return nn.Sequential(            nn.Conv2d(in_channels=in_channels, out_channels=out_channels, kernel_size=kernel_size, stride=stride, padding=padding),            nn.BatchNorm2d(out_channels)        )
class ResidualBlock(nn.Module):    def __init__(self, in_channels, out_channels):        super(ResidualBlock, self).__init__()        mid_channels = out_channels//2
        self.bottleneck = nn.Sequential(            ConvBNReLU(in_channels=in_channels, out_channels=mid_channels, kernel_size=1, stride=1),            ConvBNReLU(in_channels=mid_channels, out_channels=mid_channels, kernel_size=3, stride=1, padding=1),            ConvBNReLU(in_channels=mid_channels, out_channels=out_channels, kernel_size=1, stride=1),        )        self.shortcut = ConvBNReLU(in_channels=in_channels, out_channels=out_channels, kernel_size=1, stride=1)
    def forward(self, x):        out = self.bottleneck(x)        return out+self.shortcut(x)

輕量級網(wǎng)絡(luò)包括：GhostNet、MobileNets、MobileNetV2、MobileNetV3、ShuffleNet、ShuffleNet V2、SqueezeNet Xception MixNet GhostNet。

以 GhostNet 為例，同樣精度，速度和計算量均少于此前 SOTA 算法。GhostNet 的核心是 Ghost 模塊，與普通卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比，在不更改輸出特征圖大小的情況下，其所需的參數(shù)總數(shù)和計算復(fù)雜度均已降低，而且即插即用。

GhostNet 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的 PyTorch 實現(xiàn)方式如下：

https://github.com/shanglianlm0525/PyTorch-Networks/blob/master/Lightweight/GhostNet.py

目標(biāo)檢測網(wǎng)絡(luò)包括：SSD、YOLO、YOLOv2、YOLOv3、FCOS、FPN、RetinaNet Objects as Points、FSAF、CenterNet FoveaBox。

以 YOLO 系列為例，YOLO（You Only Look Once）是一種基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的對象識別和定位算法，其最大的特點是運行速度很快，可以用于實時系統(tǒng)。目前 YOLOv3 應(yīng)用比較多。

YOLOV3?網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的 PyTorch 實現(xiàn)方式如下：

https://github.com/shanglianlm0525/PyTorch-Networks/blob/master/ObjectDetection/YOLOv3.py

語義分割網(wǎng)絡(luò)包括：FCN、Fast-SCNN、LEDNet、LRNNet、FisheyeMODNet。

以 FCN 為例，F(xiàn)CN 誕生于 2014 的語義分割模型先驅(qū)，主要貢獻(xiàn)為在語義分割問題中推廣使用端對端卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使用反卷積進(jìn)行上采樣。FCN 模型非常簡單，里面全部是由卷積構(gòu)成的，所以被稱為全卷積網(wǎng)絡(luò)，同時由于全卷積的特殊形式，因此可以接受任意大小的輸入。

FCN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的 PyTorch 實現(xiàn)方式如下：

https://github.com/shanglianlm0525/PyTorch-Networks/blob/master/SemanticSegmentation/FCN.py

實例分割網(wǎng)絡(luò)包括：PolarMask。

人臉檢測和識別網(wǎng)絡(luò)包括：FaceBoxes、LFFD、VarGFaceNet。

人體姿態(tài)識別網(wǎng)絡(luò)包括：Stacked Hourglass、Networks Simple Baselines、LPN。

注意力機制網(wǎng)絡(luò)包括：SE Net、scSE、NL Net、GCNet、CBAM。

人像分割網(wǎng)絡(luò)包括：SINet。

綜上，該 GitHub 開源項目展示了近些年來主流的 9 大類卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，總共包含了幾十種具體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中每個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都有 PyTorch 實現(xiàn)方式。還是很不錯的。

最后再放上 GitHub 開源地址：

https://github.com/shanglianlm0525/PyTorch-Networks

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