继往开来：DenseNet

DenseNet

ResNet通过前层与后层的“短路连接”(Shortcuts)，加强了前后层之间的信息流通，在一定程度上缓解了梯度消失的现象，从而可以将神经网络搭建得很深。DenseNet最大化了这种前后层信息交流，通过建立前面所有层与后面层的密集连接，实现了特征在通道维度上的复用，使其可以再参数计算量最少的情况下实现比ResNet更优的性能
DenseNet的网络架构如下图所示，网络由多个Dense Block与中间的卷积池化组成，核心就在Dense Block中。Dense Block中的黑点代表一个卷积层，其中的多条黑色线代表数据的流动，每一层的输入由前面的所有卷积层输出组成。注意这里使用了通道的拼接(Concatnate)操作，而非ResNet的逐元素相加操作

DenseNet的结构有如下两个特效：

• 神经网络一般需要使用池化等操作缩小特征图尺寸来提取语义特征，而Dense Block需要保持每一个Block内的特征图尺寸一致来进行Concatnate 操作，因此DenseNet被分成了多个Block。Block的数量一般为4
• 两个相邻的Dense Block之间的部分被称为Transition层，具体包括BN、ReLU、1×1卷积、2×2平均池化操作。1×1卷积的作用是降维，起到压缩模型的作用，而平均池化则是降低特征图的尺寸

Block实现细节如下图所示，每个Block由若干个Bottleneck的卷积层组成，对应上图中的黑点。Bottleneck由BN、ReLU、1×1卷积、BN、ReLU、3×3卷积的顺序构成

关于Block，有以下4个细节需要注意：

• 每一个Bottleneck输出的特征通道数是相同的，例如这里的32。同时可以看到，经过Concatnate操作后的通道数是按32的增长量增加的，因此这个32也被称为GrowthRate
• 这里1×1卷积的作用是固定输出通道，达到降维的作用。当几十个Bottleneck相连接时，Concatnate后的通道数会增加到上千，如果不增加1×1的卷积来降维，后续3×3卷积所需的参数量会急剧增加。1×1卷积的通道数通常是GrowthRate的4倍
• 上图中的特征传递方式是直接将前面所有层的特征Concatnate后传到下一层，这种方式与具体代码实现的方式是一致的，而不想第一张图中，前面层都要一个剪头指向后面的所有层
• Block采用了激活函数在前、卷积层在后的顺序，这与一般的网络是不同的

标签：Dense,卷积,Concatnate,池化,DenseNet,继往开来,Block
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