文章详情

短信预约-IT技能 免费直播动态提醒

请输入下面的图形验证码

提交验证

短信预约提醒成功

python神经网络ShuffleNetV2模型复现详解

2024-04-02 19:55

关注

什么是ShuffleNetV2

据说ShuffleNetV2比Mobilenet还要厉害,我决定好好学一下

这篇是ECCV2018关于轻量级模型的文章。

目前大部分的轻量级模型在对比模型速度时用的指标是FLOPs,这个指标主要衡量的就是卷积层的乘法操作。

但是实际运用中会发现,同一个FLOPS的网络运算速度却不同,只用FLOPS去进行衡量的话并不能完全代表模型速度。

通过如下图所示对比,作者发现Elemwise/Data IO等内存读写密集型操作也会极大的影响模型运算速度。

结合理论与实验作者提出了4条实用的指导原则:

1、卷积层的输入和输出特征通道数相等时MAC最小,此时模型速度最快。

2、过量使用组卷积会增加MAC。

3、网络碎片化会降低并行度。

4、不能忽略元素级操作,比如ReLU和Add,虽然它们的FLOPs较小,但是却需要较大的MAC。

ShuffleNetV2

1、所用模块

如图所示是ShuffleNetV2所常用的两个模块:

1、当Stride==1的时候,采用左边的模块,由于残差边没有卷积,因此宽高不变,主要用于加深网络层数。

2、当Stride==2的时候,采用右边的模块,由于残差边有卷积,因此宽高可变,主要用于压缩特征层的宽高,进行下采样。

模块实现代码如下:

def channel_split(x, name=''):
    # 输入进来的通道数
    in_channles = x.shape.as_list()[-1]
    ip = in_channles // 2
    # 对通道数进行分割
    c_hat = Lambda(lambda z: z[:, :, :, 0:ip], name='%s/sp%d_slice' % (name, 0))(x)
    c = Lambda(lambda z: z[:, :, :, ip:], name='%s/sp%d_slice' % (name, 1))(x)
    return c_hat, c
def channel_shuffle(x):
    height, width, channels = x.shape.as_list()[1:]
    channels_per_split = channels // 2
    # 通道交换
    x = K.reshape(x, [-1, height, width, 2, channels_per_split])
    x = K.permute_dimensions(x, (0,1,2,4,3))
    x = K.reshape(x, [-1, height, width, channels])
    return x
def shuffle_unit(inputs, out_channels, bottleneck_ratio, strides=2, stage=1, block=1):
    bn_axis = -1
    prefix = 'stage{}/block{}'.format(stage, block)
    # [116, 232, 464]
    bottleneck_channels = int(out_channels * bottleneck_ratio/2)
    if strides < 2:
        c_hat, c = channel_split(inputs, '{}/spl'.format(prefix))
        inputs = c
    # [116, 232, 464]
    x = Conv2D(bottleneck_channels, kernel_size=(1,1), strides=1, padding='same', name='{}/1x1conv_1'.format(prefix))(inputs)
    x = BatchNormalization(axis=bn_axis, name='{}/bn_1x1conv_1'.format(prefix))(x)
    x = Activation('relu', name='{}/relu_1x1conv_1'.format(prefix))(x)
    # 深度可分离卷积
    x = DepthwiseConv2D(kernel_size=3, strides=strides, padding='same', name='{}/3x3dwconv'.format(prefix))(x)
    x = BatchNormalization(axis=bn_axis, name='{}/bn_3x3dwconv'.format(prefix))(x)
    # [116, 232, 464]
    x = Conv2D(bottleneck_channels, kernel_size=1,strides=1,padding='same', name='{}/1x1conv_2'.format(prefix))(x)
    x = BatchNormalization(axis=bn_axis, name='{}/bn_1x1conv_2'.format(prefix))(x)
    x = Activation('relu', name='{}/relu_1x1conv_2'.format(prefix))(x)
    # 当strides等于2的时候,残差边需要添加卷积
    if strides < 2:
        ret = Concatenate(axis=bn_axis, name='{}/concat_1'.format(prefix))([x, c_hat])
    else:
        s2 = DepthwiseConv2D(kernel_size=3, strides=2, padding='same', name='{}/3x3dwconv_2'.format(prefix))(inputs)
        s2 = BatchNormalization(axis=bn_axis, name='{}/bn_3x3dwconv_2'.format(prefix))(s2)
        s2 = Conv2D(bottleneck_channels, kernel_size=1,strides=1,padding='same', name='{}/1x1_conv_3'.format(prefix))(s2)
        s2 = BatchNormalization(axis=bn_axis, name='{}/bn_1x1conv_3'.format(prefix))(s2)
        s2 = Activation('relu', name='{}/relu_1x1conv_3'.format(prefix))(s2)
        ret = Concatenate(axis=bn_axis, name='{}/concat_2'.format(prefix))([x, s2])
    ret = Lambda(channel_shuffle, name='{}/channel_shuffle'.format(prefix))(ret)
    return ret
def block(x, channel_map, bottleneck_ratio, repeat=1, stage=1):
    x = shuffle_unit(x, out_channels=channel_map[stage-1],
                      strides=2,bottleneck_ratio=bottleneck_ratio,stage=stage,block=1)
    for i in range(1, repeat+1):
        x = shuffle_unit(x, out_channels=channel_map[stage-1],strides=1,
                          bottleneck_ratio=bottleneck_ratio,stage=stage, block=(1+i))
    return x

2、网络整体结构

网络整体结构如图所示:

1、当输入进来的图片为224,224,3的时候,会经过一次卷积压缩+一次最大池化,此时网络的shape由224,224,3->112,112,24->56,56,24。

2、经过一次右边的ShuffleNet模块后进行三次左边的ShuffleNet模块。此时网络的shape由56,56,24->28,28,116。

3、经过一次右边的ShuffleNet模块后进行七次左边的ShuffleNet模块。此时网络的shape由28,28,116->14,14,232。

4、经过一次右边的ShuffleNet模块后进行三次左边的ShuffleNet模块。此时网络的shape由14,14,232->7,7,464。

5、卷积到1024,此时网络的shape由7,7,464->7,7,1024。

6、全局池化后,进行全连接,用于预测。

网络实现代码

ShuffleNetV2一共有4个scale,分别对应不同大小的ShuffleNetV2。

import numpy as np
from keras.utils import plot_model
from keras.layers import Input, Conv2D, MaxPool2D
from keras.layers import Activation, Add, Concatenate, Conv2D
from keras.layers import GlobalAveragePooling2D, Dense
from keras.layers import MaxPool2D,AveragePooling2D, BatchNormalization, Lambda, DepthwiseConv2D
from keras.models import Model
import keras.backend as K
import numpy as np
def channel_split(x, name=''):
    # 输入进来的通道数
    in_channles = x.shape.as_list()[-1]
    ip = in_channles // 2
    # 对通道数进行分割
    c_hat = Lambda(lambda z: z[:, :, :, 0:ip], name='%s/sp%d_slice' % (name, 0))(x)
    c = Lambda(lambda z: z[:, :, :, ip:], name='%s/sp%d_slice' % (name, 1))(x)
    return c_hat, c
def channel_shuffle(x):
    height, width, channels = x.shape.as_list()[1:]
    channels_per_split = channels // 2
    # 通道交换
    x = K.reshape(x, [-1, height, width, 2, channels_per_split])
    x = K.permute_dimensions(x, (0,1,2,4,3))
    x = K.reshape(x, [-1, height, width, channels])
    return x
def shuffle_unit(inputs, out_channels, bottleneck_ratio, strides=2, stage=1, block=1):
    bn_axis = -1
    prefix = 'stage{}/block{}'.format(stage, block)
    # [116, 232, 464]
    bottleneck_channels = int(out_channels * bottleneck_ratio/2)
    if strides < 2:
        c_hat, c = channel_split(inputs, '{}/spl'.format(prefix))
        inputs = c
    # [116, 232, 464]
    x = Conv2D(bottleneck_channels, kernel_size=(1,1), strides=1, padding='same', name='{}/1x1conv_1'.format(prefix))(inputs)
    x = BatchNormalization(axis=bn_axis, name='{}/bn_1x1conv_1'.format(prefix))(x)
    x = Activation('relu', name='{}/relu_1x1conv_1'.format(prefix))(x)
    # 深度可分离卷积
    x = DepthwiseConv2D(kernel_size=3, strides=strides, padding='same', name='{}/3x3dwconv'.format(prefix))(x)
    x = BatchNormalization(axis=bn_axis, name='{}/bn_3x3dwconv'.format(prefix))(x)
    # [116, 232, 464]
    x = Conv2D(bottleneck_channels, kernel_size=1,strides=1,padding='same', name='{}/1x1conv_2'.format(prefix))(x)
    x = BatchNormalization(axis=bn_axis, name='{}/bn_1x1conv_2'.format(prefix))(x)
    x = Activation('relu', name='{}/relu_1x1conv_2'.format(prefix))(x)
    # 当strides等于2的时候,残差边需要添加卷积
    if strides < 2:
        ret = Concatenate(axis=bn_axis, name='{}/concat_1'.format(prefix))([x, c_hat])
    else:
        s2 = DepthwiseConv2D(kernel_size=3, strides=2, padding='same', name='{}/3x3dwconv_2'.format(prefix))(inputs)
        s2 = BatchNormalization(axis=bn_axis, name='{}/bn_3x3dwconv_2'.format(prefix))(s2)
        s2 = Conv2D(bottleneck_channels, kernel_size=1,strides=1,padding='same', name='{}/1x1_conv_3'.format(prefix))(s2)
        s2 = BatchNormalization(axis=bn_axis, name='{}/bn_1x1conv_3'.format(prefix))(s2)
        s2 = Activation('relu', name='{}/relu_1x1conv_3'.format(prefix))(s2)
        ret = Concatenate(axis=bn_axis, name='{}/concat_2'.format(prefix))([x, s2])
    ret = Lambda(channel_shuffle, name='{}/channel_shuffle'.format(prefix))(ret)
    return ret
def block(x, channel_map, bottleneck_ratio, repeat=1, stage=1):
    x = shuffle_unit(x, out_channels=channel_map[stage-1],
                      strides=2,bottleneck_ratio=bottleneck_ratio,stage=stage,block=1)
    for i in range(1, repeat+1):
        x = shuffle_unit(x, out_channels=channel_map[stage-1],strides=1,
                          bottleneck_ratio=bottleneck_ratio,stage=stage, block=(1+i))
    return x
def ShuffleNetV2(input_tensor=None,
                 pooling='max',
                 input_shape=(224,224,3),
                 num_shuffle_units=[3,7,3],
                 scale_factor=1,
                 bottleneck_ratio=1,
                 classes=1000):
    name = 'ShuffleNetV2_{}_{}_{}'.format(scale_factor, bottleneck_ratio, "".join([str(x) for x in num_shuffle_units]))
    out_dim_stage_two = {0.5:48, 1:116, 1.5:176, 2:244}
    out_channels_in_stage = np.array([1,1,2,4])
    out_channels_in_stage *= out_dim_stage_two[scale_factor]  #  calculate output channels for each stage
    out_channels_in_stage[0] = 24  # first stage has always 24 output channels
    out_channels_in_stage = out_channels_in_stage.astype(int)
    img_input = Input(shape=input_shape)
    x = Conv2D(filters=out_channels_in_stage[0], kernel_size=(3, 3), padding='same', use_bias=False, strides=(2, 2),
               activation='relu', name='conv1')(img_input)
    x = MaxPool2D(pool_size=(3, 3), strides=(2, 2), padding='same', name='maxpool1')(x)
    for stage in range(len(num_shuffle_units)):
        repeat = num_shuffle_units[stage]
        x = block(x, out_channels_in_stage,
                   repeat=repeat,
                   bottleneck_ratio=bottleneck_ratio,
                   stage=stage + 2)
    if scale_factor!=2:
        x = Conv2D(1024, kernel_size=1, padding='same', strides=1, name='1x1conv5_out', activation='relu')(x)
    else:
        x = Conv2D(2048, kernel_size=1, padding='same', strides=1, name='1x1conv5_out', activation='relu')(x)
    x = GlobalAveragePooling2D(name='global_avg_pool')(x)
    x = Dense(classes, name='fc')(x)
    x = Activation('softmax', name='softmax')(x)
    inputs = img_input
    model = Model(inputs, x, name=name)
    return model
if __name__ == '__main__':
    import os
    os.environ['CUDA_VISIBLE_DEVICES'] = ''
    model = ShuffleNetV2(input_shape=(224, 224, 3),scale_factor=1)
    model.summary()

以上就是python神经网络ShuffleNetV2模型复现详解的详细内容,更多关于ShuffleNetV2模型复现的资料请关注编程网其它相关文章!

阅读原文内容投诉

免责声明:

① 本站未注明“稿件来源”的信息均来自网络整理。其文字、图片和音视频稿件的所属权归原作者所有。本站收集整理出于非商业性的教育和科研之目的,并不意味着本站赞同其观点或证实其内容的真实性。仅作为临时的测试数据,供内部测试之用。本站并未授权任何人以任何方式主动获取本站任何信息。

② 本站未注明“稿件来源”的临时测试数据将在测试完成后最终做删除处理。有问题或投稿请发送至: 邮箱/279061341@qq.com QQ/279061341

软考中级精品资料免费领

  • 历年真题答案解析
  • 备考技巧名师总结
  • 高频考点精准押题
  • 2024年上半年信息系统项目管理师第二批次真题及答案解析(完整版)

    难度     813人已做
    查看
  • 【考后总结】2024年5月26日信息系统项目管理师第2批次考情分析

    难度     354人已做
    查看
  • 【考后总结】2024年5月25日信息系统项目管理师第1批次考情分析

    难度     318人已做
    查看
  • 2024年上半年软考高项第一、二批次真题考点汇总(完整版)

    难度     435人已做
    查看
  • 2024年上半年系统架构设计师考试综合知识真题

    难度     224人已做
    查看

相关文章

发现更多好内容

猜你喜欢

AI推送时光机
位置:首页-资讯-后端开发
咦!没有更多了?去看看其它编程学习网 内容吧
首页课程
资料下载
问答资讯