caffe(1) 网络结构层参数详解

prototxt文件是caffe的配置文件，用于保存CNN的网络结构和配置信息。prototxt文件有三种，分别是deploy.prototxt，train_val.prototxt和solver.prototxt。

1. solver.prototxt

solver.prototxt是caffe的配置文件。里面定义了网络训练时候的各种参数，比如学习率、权重衰减、迭代次数等等。

solver.prototxt文件只在网络进行训练的时候需要载入。是网络训练的一个整体的参数配置文件。

下面详细说明每一个参数所代表的意义：

 #网络模型描述文件
 #也可以用train_net和test_net来对训练模型和测试模型分别设定
 #train_net: "xxxxxxxxxx"
 #test_net: "xxxxxxxxxx"
 net: "E:/Caffe-windows/caffe-windows/examples/mnist/lenet_train_test.prototxt"
 #这个参数要跟test_layer结合起来考虑，在test_layer中一个batch是100，而总共的测试图片是10000张
 #所以这个参数就是10000/100=100
 test_iter: 100
 #每迭代500次进行一次测试
 test_interval: 500
 #学习率
 base_lr: 0.01
 #动力
 momentum: 0.9
 #type:SGD #优化算法的选择。这一行可以省略，因为默认值就是SGD，Caffe中一共有6中优化算法可以选择
 #Stochastic Gradient Descent (type: "SGD"), 在Caffe中SGD其实应该是Momentum
 #AdaDelta (type: "AdaDelta"),
 #Adaptive Gradient (type: "AdaGrad"),
 #Adam (type: "Adam"),
 #Nesterov’s Accelerated Gradient (type: "Nesterov")
 #RMSprop (type: "RMSProp")
 #权重衰减项，其实也就是正则化项。作用是防止过拟合
 weight_decay: 0.0005
 #学习率调整策略
 #如果设置为inv,还需要设置一个power, 返回base_lr * (1 + gamma * iter) ^ (- power)，其中iter表示当前的迭代次数
 lr_policy: "inv"
 gamma: 0.0001
 power: 0.75
 #每训练100次屏幕上显示一次，如果设置为0则不显示
 display: 100
 #最大迭代次数
 max_iter: 2000
 #快照。可以把训练的model和solver的状态进行保存。每迭代5000次保存一次，如果设置为0则不保存
 snapshot: 5000
 snapshot_prefix: "E:/Caffe-windows/caffe-windows/examples/mnist/models"
 #选择运行模式
 solver_mode: GPU

 

test_iter：表示网络的测试迭代次数。网络一次迭代将一个batchSize的图片进行测试，所以为了能将validation集中所有图片都测试一次，这个参数乘以TEST的batchSize应该等于validation集中图片总数量。即test_iter*batchSize=val_num。注：这里的test是将训练集=训练+测试，test是这里的测试。

 

test_interval：表示网络迭代多少次进行一次测试。一次迭代即一个batchSize的图片通过网络正向传播和反向传播的整个过程。比如这里设置的是224，即网络每迭代224次即对网络的准确率进行一次验证。一般来说，我们需要将训练集中所有图片都跑一编，再对网络的准确率进行测试，整个参数乘以网络data层（TRAIN）中batchSize参数应该等于训练集中图片总数量。即test_interval*batchSize=train_num。

 

base_lr：表示网络的基础学习率。学习率过高可能导致loss持续86.33333，也可能导致loss无法收敛等等问题。过低的学习率会使网络收敛慢，也有可能导致梯度损失。一般我们设置为0.01。

 

display: 每多少次显示在窗口一次。

 

max_iter: 网络的最大迭代次数。训练集中的图片当然不能只训练一次就算了，要反复多次的进行训练，所以这个参数应该要大一些。

 

lr_policy: 学习率变化。

 

gamma: 学习率变化比率。一般不改。

 

momentum: 学习的参数。一般不改。

 

weight_decay: 学习的参数。一般不改。

 

stepsize: 每多少次学习率递减。这里是迭代2218次学习率递减。

 

snapshot: 每多少次保存一次学习的结果。即caffemodel。

 

solver_mode: 设置使用GPU还是CPU进行学习训练。

 

net:  网络结构的文件路径。

 

solver_type: 优化算法的选择，一共有六种可选：SGD、AdaDelta、AdaGrad、Adam、Nesterov和RMSProp。默认为SGD。

 

2. deploy.prototxt和train_val.prototx

这两个文件是caffe的网络结构文件。train_val.prototx是训练时候的网络结构，deploy.prototxt用于发布（即测试时候的网络结构）。这两个文件中内容基本一致，但是存在一些细微区别：

 

1. 在train_val.prototx中网络结构的data层有两种，分别为TRAIN和TEST。顾名思义，TRAIN是网络训练时后的数据结构，TEST是网络做验证时候的数据结构。一般来说TRAIN中的batchSize比TEST中的要大一些。
2. 在train_val.prototx中的卷积层（Convolution）中存在学习率和权重衰减的参数，而deploy.prototxt文件中则没有这些参数（有些deploy.prototxt中仍然有这些参数，但是对测试不起任何作用）。

 

由于train_val.prototx包含了deploy.prototxt文件中所有的参数定义，所以下面以train_val.prototx文件为例，详细说明每个参数的意义。这里以经典的AlexNet网络为例：

1 data层

 layer {
   name: "train-data"
   type: "Data"
   top: "data"
   top: "label"
   include {
     phase: TRAIN
   }
   transform_param {
     mirror: true
     crop_size: 227
     mean_file: "./mean.binaryproto"
   }
   data_param {
     source: "./train_db"
     batch_size: 128
     backend: LMDB
   }
 }

name: 这一层的名字。

type:这一层的类型。

top: 这一层所连接的上一层。注意，网络是从下往上生长的。最底层是数据层，越往上特征越抽象。

phase: TRAIN 表示这一层是训练时候网络的定义。

mirror:是否使用镜像。

crop_size:将输入数据裁剪为227。

mean_file:均值文件的路径。

source:训练集的路径。

batch_size:一次迭代输入的图片数量。

backend:数据集的格式。

2. Convolution层

 layer {
   name: "conv1"
   type: "Convolution"
   bottom: "data"
   top: "conv1"
   param {
     lr_mult: 1.0
     decay_mult: 1.0
   }
   param {
     lr_mult: 2.0
     decay_mult: 0.0
   }
   convolution_param {
     num_output: 96
     kernel_size: 11
     stride: 4
     weight_filler {
       type: "gaussian"
       std: 0.01
     }
     bias_filler {
       type: "constant"
       value: 0.0
     }
   }
 }

lr_mult: 学习率。这里有两个学习率，分别是filter和bias的学习率。

decay_mult:：衰减系数。同样有两个，与学习率对应。

num_output:：这一层输出的特征图个数。即改成用多少个卷积核去对输入做卷积操作。

kernel_size：卷积核的尺寸。

stride：卷积的步长。

weight_filler {
      type: "gaussian"
      std: 0.01
    }

整个参数是表示使用高斯方法初始化滤波器参数。这里是使用均值为0，方差为0.01的高斯核。

bias_filler {
      type: "constant"
      value: 0.0
    }

整个参数表示使用constant方法初始化偏置。即初始偏置设置为0。

补充

 训练的时候使用的是 caffe-windows\Build\x64\Release\caffe.exe 对 solver.prototxt 模型进行训练。

mnist对图片进行预处理转换使用的是 caffe-windows\Build\x64\Debug\convert_mnist_data.exe

分类测试使用的是 E:\caffe\caffe-windows\Build\x64\Debug\classification.exe

计算均值使用的是 caffe-windows\Build\x64\Debug\compute_image_mean.exe ，输入是lmdb，输出均值文件xxxx.binaryproto

caffemodel和solverstate

在caffe训练完网络之后，会生成两个文件一个caffemodel和solberstate，caffemodel是各层的参数，也就是训练之后的网络模型最重要的文件，而 solverstate则是快照，就是可以通过该文件继续进行迭代（类似于断点续传）。

这两个文件的位置请看你训练网络的 solver.prototxt文件，这里面的 snapshot_prefix字段里写了文件生成的位置。