SqueezeNet知乎文章

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1 动机

         我们的目标是

• 在达到一定的精度的条件下，最大程度的提高运算速度。

         主要从两个方向来优化模型设计：

• 降低参数数量
• 降低网络的计算量

这么做的优点有：

• forward速度更快
• 模型参数文件小，利于存储和传输
• 对运算内存的要求更低

2 SqueezeNet分析

模型优化策略：

• 将卷积替换成卷积
• 减少卷积的通道数
• 将降采样后置

SqueezeNet的核心模块是Fire模块，其由Squeeze部分和Expand部分组成。如下图所示。

图1 Fire模块

• squeeze部分由多个卷积核构成
• expand部分由多个和卷积核构成
  假设squeeze部分的卷积核的数量为，expand部分的卷积核的数量为，卷积核的数量为。SqueezeNet作者建议。可以设置
  
  下面的代码是用keras实现的，可以参考：

def fire(x, s_1x1, e_1x1, e_3x3, fire_name):
  # squeeze part
  squeeze_x = Conv2D(kernel_size = (1, 1), filters = s_1x1, padding='same', activation='relu', name = fire_name + '_s1')(x)
  # expand part
  expand_x_1 = Conv2D(kernel_size = (1, 1), filter = e_1x1, padding = 'same', activation='relu', name = fire_name + '_e1')(squeeze_x)
  expand_x_3 = Conv2D(kernel_size = (3,3), filter = e_3x3, padding = 'same', activation = 'relu', name = fire_name + '_e3')(squeeze_x)
  expand = merge([expand_x_1, expand_x_3], mode = 'concat', concat_axis=3)
  return expand

图2 SqueezeNet的典型示例
         图2中输入特征图个数为96，，输出特征图的个数为128，一般来说特征图个数为64或者128就能保证网络的表示能力已经不错了，后面就是要注意寻优的工作。

3 SqueezeNet的一些结构

在fire模块组合设计中有一些原则：

• 使用ReLU
• fire9使用0.5的dropout
• 使用same卷积
  卷积没有使用降采样，使用池化进行降采样

图3 SqueezeNet网络结构

下面代码是keras的简单实现

def SqueezeNet(x):
  conv1 = Conv2D(input_shape=(224, 224, 3), stride=2, filter=96, kernel_size=(7, 7), padding='same', activation='relu')(x)
  pool1 = MaxPool2D((2, 2))(conv1)
  fire2 = fire(pool1, 16, 64, 64, 'fire2')
  fire3 = fire(fire2, 16, 64, 64, 'fire3')
  fire4 = fire(fire3, 32, 128, 128, 'fire4')
  pool2 = MaxPool2D((2, 2))(fire4)
  fire5 = fire(pool2, 32, 128, 128, 'fire5')
  fire6 = fire(fire5, 48, 192, 192, 'fire6')
  fire7 = fire(fire6, 48, 192, 192, 'fire7')
  fire8 = fire(fire7, 64, 256, 256, 'fire8')
  pool3 = MaxPool2D((2, 2))(fire8)
  fire9 = fire(pool3, 64, 256, 256, 'fire9')
  dropout1 = Dropout(0.5)(fire9)
  conv10 = Conv2D(kernel_size=(1, 1), filters = 1000, padding='same', activation='relu')(dropout1)
  gap = GlobalAveragePooling2D()(conv10)
  return gap

最后将结果送入softmax分类器进行分类即可。当然也可以使用迁移学习的方法来做。

4 SqueezeNet的缺点

• SqueezeNet的侧重的应用方向是嵌入式环境，目前嵌入式环境主要问题是实时性。SqueezeNet的通过更深的深度置换更少的参数数量虽然能减少网络的参数，但是其丧失了网络的并行能力，测试时间反而会更长，这与目前的主要挑战是背道而驰的；
• 纸面上是减少了50倍的参数，但是问题的主要症结在于AlexNet本身全连接节点过于庞大，50倍参数的减少和SqueezeNet的设计并没有关系，考虑去掉全连接之后3倍参数的减少更为合适。
• SqueezeNet得到的模型是5MB左右，0.5MB的模型还要得益于Deep Compression。虽然Deep Compression也是这个团队的文章，但是将0.5这个数列在文章的题目中显然不是很合适。