EfficientNet介绍

什么是EfficientNet

EfficientNet的设想就是能否设计一个标准化的卷积网络扩展方法，既可以实现较高的准确率，又可以充分的节省算力资源。因而问题可以描述成，如何平衡分辨率、深度和宽度这三个维度，来实现网络在效率和准确率上的优化

复合模型缩放法(compound scaling methd)

谷歌给出的调整方法，以此来实现三个维度上的平衡，让网络的准确率最大化

在上图中，(a)模型为baseline，(b)-(d)在(a)的基础上分别进行了单一维度的调整，而(e)则同时对三个维度同时进行了一定的调整

把扩展转化为数学问题进行描述

首先，我们把整个卷积网络称为N，他的第i个卷积层可以看作下面的函数映射：

Y_i是输出张量，X_i是输入张量，假设这个X_i的维度是<Hi,Wi,Ci>

最后，我们可以把讲卷积网络N定义为：

其中，下表1…s表示stage的讯号，F_i表示对第i层的卷积运算，L_i的意思是F_i在第i个stage中有Li个一样结构的卷积层。<Hi, Wi, Ci>表示第i层输入的shape。

为了减小搜索空间，作者先固定了网络的基本结构，而只改变上面公式中的三个缩放维度

• L_i就是网络的深度
• C_i就是通道数，既网络的宽度
• H_i,W_i是分辨率

就算如此，这也有三个参数要调整，搜索空间也是非常的大，因此EfficientNet的设想是一个卷积网络所有的卷积层必须通过相同的比例常数进行统一扩展，这句话的意思是，三个参数乘上常数倍率。所以个一个模型的扩展问题，可以转化为一个规划问题：

其中，优化的目标为模型的准确率，而约束条件为计算资源。这个算式表现为在给定计算内存和效率的约束下，如何优化参数d、w和r来实现最好的模型准确率。

实验内容

对于需要调整的三个维度：

• Depth: The intuition is that deeperConvNet can capture richer and more complex features, and

  generalize well on new tasks.

• Width: wider networks tend to be able to capture more fine-grained features and are easier to train.

• Resolution: With higher resolution input images, ConvNets can potentially capture more fine-grained patterns.

1. 第一个实验，对三个维度固定了两个，只缩放其中一个，得到结果如下：

结论：三个维度中任一维度的放大都可以带来精度的提升，但是随着倍率的越来越大，提升越来越小。

2. 第二个实验，尝试在不同的d，r组合下变动w，得到下图：

从实验结果来看，最高精度相比之前已经有所提升，而且组合不同，效果不同。作者又得到了一个观点：得到了更高的精度以及效率的关键是平衡网络的宽度，网络深度，网络分辨率三个维度的缩放倍率

之后，作者提出了模型复合缩放方法：

考虑到如果网络深度翻番那么对应的计算量翻倍，网络宽度和图像分辨率翻番对应的计算量会翻4倍，卷积操作的计算量与d,w^2, r^2 成正比。在这个约束下，网络的计算量大约是之前的2^ϕ 倍.

EfficientNet的网络结构

EfficientNet使用了MobileNet V2中的MBCConv作为模型的主干网络，同时也是用了SENet中的squeeze and excitation方法对网络结构进行了优化。

对于EfficientNet-B0这样的一个基线网络，如何使用复合扩展发对该网络进行扩展呢？主要就是分两步走：

最后，作者便由此扩展出了一系列的网络结构，如下所示：

而对于普通人来说做扩展的代价过于昂贵，所以最好的方法便是进行迁移学习

迁移学习和finetune的区别

• finetune：我们假设在Resnet101后面加上一个全连接层，然后我们锁住前面Resnet的参数，不参加梯度更新，然后只更新最后一个全连接层的参数。当全连接层的loss足够小的时候，再释放所有的参数一起训练。这样Resnet的参数也会微微调整，这就是finetune；
• 迁移学习：就不再训练之前的网络，而是把之前网络的输出的特征看作为我们自己网络的输入特征而已，而不再是一个要训练的网络的概念