【速读】——ResNeXt

Saining——【arXiv2017】Aggregated Residual Transformations for Deep Neural Networks

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目录

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• 主要思想
• ResNet和ResNext对比

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主要思想

　　

• 要解决的问题是什么？

　　对于ResNet，VGG，Inception等网络，需要由一些重复的building block堆叠而成，而这些building block的滤波器个数，大小等不能任意设置，需要人工调整。由于其中有很多超参数需要调整，而且在不同的vision task甚至是不同的dataset上参数不能直接共享需要进行个性化定制，因此，这种需要为一定task或者dataset定制的module虽然效果好，但通用性太差。这篇文章介绍了一种新的building block，可以用来替换ResNet的building block，新的模型称为ResNeXt。ResNeXt的最大优势在于整个网络的building block都是一样的，不用在每个stage里再对每个building block的超参数进行调整，只用一个building block，重复堆叠即可形成整个网络。实验结果表明ResNeXt比ResNet在同样模型大小的情况下效果更好。

• 解决思路？

　　将ResNet的blcok（如图Figure 1的左图所示）换成ResNeXt的block（如图Figure 1的右图所示），实际上是将左边的64个卷积核分成了右边32条不同path，每个path有4个卷积核，最后的32个path将输出向量直接pixel-wise相加（所有通道对应位置点相加），再与Short Cut相加

Figure 1. Left: A block of ResNet [13]. Right: A block of ResNeXt with cardinality = 32, with roughly the same complexity. A layer is shown as (# in channels, filter size, # out channels) 

• Cardinality和Bottleneck

　　这篇文章提出了一种新的衡量模型容量（capacity，指的是模型拟合各种函数的能力）。在此之前，模型容量有宽度（width)和高度(height)这两种属性，本文提出的“Cardinality”指的是网络结构中的building block的变换的集合大小（the size of the set of transformation）。如图Figure 2所示，（a）、（b）、（c）三种结构是等价的，本文用的是图（c）。实际上Cardinality指的就是Figure 2（b）中path数或Figure 2（c）中group数，即每一条path或者每一个group表示一种transformation，因此path数目或者group个数即为Cardinality数。Bottleneck指的是在每一个path或者group中，中间过渡形态的feature map的channel数目（或者卷积核个数），如Figure 2（a）中，在每一条path中，对于输入256维的向量，使用了4个1*1*256的卷积核进行卷积后得到了256*4的feature map，即4个channel，每个channel的feature map大小为256维，因此，Bottleneck即为4。

Figure 2. Equivalent building blocks of ResNeXt. (a): Aggregated residual transformations, the same as Fig. 1 right. (b): A block equivalent to (a), implemented as early concatenation. (c): A block equivalent to (a,b), implemented as grouped convolutions [23]. Notations in bold text highlight the reformulation changes. A layer is denoted as (# input channels, filter size, # output channels).

ResNet和ResNeXt对比

• 网络结构对比

　　图Figure 2所示表示的depth=3的情况下ResNet和ResNeXt的building block的对比。

• 具体配置对比

　　ResNet-50和ResNeXt-50的building block的配置对比如Table 1所示，图中C=32即表示Cardinality=32，Bottleneck= 4，即如图Figure 2中所示。

Table 1. (Left) ResNet-50. (Right) ResNeXt-50 with a 32×4d template (using the reformulation in Fig. 3(c)). Inside the brackets are the shape of a residual block, and outside the brackets is the number of stacked blocks on a stage. “C=32” suggests grouped convolutions [23] with 32 groups. The numbers of parameters and FLOPs are similar between these two models.

• 模型大小计算

　　以图Figure 3为例，ResNet的参数个数为256 · 64 + 3 · 3 · 64 · 64 + 64 · 256 ≈ 70k  。

ResNeXt的参数个数为C · (256 · d + 3 · 3 · d · d + d · 256），其中，C表示Cardinality=32，d表示bottleneck=4，因此参数总数 ≈ 70k  。

Figure 3. Left: A block of ResNet [13]. Right: A block of ResNeXt with cardinality = 32, with roughly the same complexity. A layer is shown as (# in channels, filter size, # out channels) 

• 实验结果对比
  • 证明ResNeXt比ResNet更好，而且Cardinality越大效果越好

Table 2. Ablation experiments on ImageNet-1K. (Top): ResNet-50 with preserved complexity (∼4.1 billion FLOPs); (Bottom): ResNet-101 with preserved complexity ∼7.8 billion FLOPs). The error rate is evaluated on the single crop of 224×224 pixels.

• • 证明增大Cardinality比增大模型的width或者depth效果更好

Table 3. Comparisons on ImageNet-1K when the number of FLOPs is increased to 2× of ResNet-101’s. The error rate is evaluated on the single crop of 224×224 pixels. The highlighted factors are the factors that increase complexity.