python神经网络MobileNetV3 small模型的复现详解

目录

• 什么是MobileNetV3
• large与small的区别
• MobileNetV3（small）的网络结构
• 1、MobileNetV3（small）的整体结构
• 2、MobileNetV3特有的bneck结构
• 网络实现代码

什么是MobileNetV3

不知道咋地，就是突然想把small也一起写了。

最新的MobileNetV3的被写在了论文《Searching for MobileNetV3》中。

它是mobilnet的最新版，据说效果还是很好的。

作为一种轻量级网络，它的参数量还是一如既往的小。

它综合了以下四个特点：

1、MobileNetV1的深度可分离卷积（depthwise separable convolutions）。

2、MobileNetV2的具有线性瓶颈的逆残差结构(the inverted residual with linear bottleneck)。

3、轻量级的注意力模型。

4、利用h-swish代替swish函数。

代码下载

large与small的区别

其实MobileNetV3中的large与small模型没有特别大的区别，主要的区别是通道数的变化与bneck的次数。

MobileNetV3（small）的网络结构

1、MobileNetV3（small）的整体结构

如上为MobileNetV3（small）的表，与MobileNetV3（large）相比，bneck的次数与通道数都有一定的下降。

如何看懂这个表呢？我们从每一列出发：

第一列Input代表mobilenetV3每个特征层的shape变化；

第二列Operator代表每次特征层即将经历的block结构，我们可以看到在MobileNetV3中，特征提取经过了许多的bneck结构；

第三、四列分别代表了bneck内逆残差结构上升后的通道数、输入到bneck时特征层的通道数。

第五列SE代表了是否在这一层引入注意力机制。

第六列NL代表了激活函数的种类，HS代表h-swish，RE代表RELU。

第七列s代表了每一次block结构所用的步长。

2、MobileNetV3特有的bneck结构

bneck结构如下图所示：

它综合了以下四个特点：

a、MobileNetV2的具有线性瓶颈的逆残差结构(the inverted residual with linear bottleneck)。

即先利用1x1卷积进行升维度，再进行下面的操作，并具有残差边。

b、MobileNetV1的深度可分离卷积（depthwise separable convolutions）。

在输入1x1卷积进行升维度后，进行3x3深度可分离卷积。

c、轻量级的注意力模型。

这个注意力机制的作用方式是调整每个通道的权重。

d、利用h-swish代替swish函数。

在结构中使用了h-swishj激活函数，代替swish函数，减少运算量，提高性能。

网络实现代码

由于keras代码没有预训练权重，所以只是把网络结构po出来。

from keras.layers import Conv2D, DepthwiseConv2D, Dense, GlobalAveragePooling2D,Input
from keras.layers import Activation, BatchNormalization, Add, Multiply, Reshape
from keras.models import Model
from keras import backend as K

alpha = 1
def relu6(x):
    # relu函数
    return K.relu(x, max_value=6.0)

def hard_swish(x):
    # 利用relu函数乘上x模拟sigmoid
    return x * K.relu(x + 3.0, max_value=6.0) / 6.0

def return_activation(x, nl):
    # 用于判断使用哪个激活函数
    if nl == 'HS':
        x = Activation(hard_swish)(x)
    if nl == 'RE':
        x = Activation(relu6)(x)

    return x

def conv_block(inputs, filters, kernel, strides, nl):
    # 一个卷积单元，也就是conv2d + batchnormalization + activation
    channel_axis = 1 if K.image_data_format() == 'channels_first' else -1

    x = Conv2D(filters, kernel, padding='same', strides=strides)(inputs)
    x = BatchNormalization(axis=channel_axis)(x)

    return return_activation(x, nl)

def squeeze(inputs):
    # 注意力机制单元
    input_channels = int(inputs.shape[-1])

    x = GlobalAveragePooling2D()(inputs)
    x = Dense(int(input_channels/4))(x)
    x = Activation(relu6)(x)
    x = Dense(input_channels)(x)
    x = Activation(hard_swish)(x)
    x = Reshape((1, 1, input_channels))(x)
    x = Multiply()([inputs, x])

    return x

def bottleneck(inputs, filters, kernel, up_dim, stride, sq, nl):
    channel_axis = 1 if K.image_data_format() == 'channels_first' else -1

    input_shape = K.int_shape(inputs)

    tchannel = int(up_dim)
    cchannel = int(alpha * filters)

    r = stride == 1 and input_shape[3] == filters
    # 1x1卷积调整通道数，通道数上升
    x = conv_block(inputs, tchannel, (1, 1), (1, 1), nl)
    # 进行3x3深度可分离卷积
    x = DepthwiseConv2D(kernel, strides=(stride, stride), depth_multiplier=1, padding='same')(x)
    x = BatchNormalization(axis=channel_axis)(x)
    x = return_activation(x, nl)
    # 引入注意力机制
    if sq:
        x = squeeze(x)
    # 下降通道数
    x = Conv2D(cchannel, (1, 1), strides=(1, 1), padding='same')(x)
    x = BatchNormalization(axis=channel_axis)(x)

    if r:
        x = Add()([x, inputs])

    return x

def MobileNetv3_small(shape = (224,224,3),n_class = 1000):
    inputs = Input(shape)
    # 224,224,3 -> 112,112,16
    x = conv_block(inputs, 16, (3, 3), strides=(2, 2), nl='HS')

    # 112,112,16 -> 56,56,16
    x = bottleneck(x, 16, (3, 3), up_dim=16, stride=2, sq=True, nl='RE')

    # 56,56,16 -> 28,28,24
    x = bottleneck(x, 24, (3, 3), up_dim=72, stride=2, sq=False, nl='RE')
    x = bottleneck(x, 24, (3, 3), up_dim=88, stride=1, sq=False, nl='RE')

    # 28,28,24 -> 14,14,40
    x = bottleneck(x, 40, (5, 5), up_dim=96, stride=2, sq=True, nl='HS')
    x = bottleneck(x, 40, (5, 5), up_dim=240, stride=1, sq=True, nl='HS')
    x = bottleneck(x, 40, (5, 5), up_dim=240, stride=1, sq=True, nl='HS')
    # 14,14,40 -> 14,14,48
    x = bottleneck(x, 48, (5, 5), up_dim=120, stride=1, sq=True, nl='HS')
    x = bottleneck(x, 48, (5, 5), up_dim=144, stride=1, sq=True, nl='HS')

    # 14,14,48 -> 7,7,96
    x = bottleneck(x, 96, (5, 5), up_dim=288, stride=2, sq=True, nl='HS')
    x = bottleneck(x, 96, (5, 5), up_dim=576, stride=1, sq=True, nl='HS')
    x = bottleneck(x, 96, (5, 5), up_dim=576, stride=1, sq=True, nl='HS')

    x = conv_block(x, 576, (1, 1), strides=(1, 1), nl='HS')
    x = GlobalAveragePooling2D()(x)
    x = Reshape((1, 1, 576))(x)

    x = Conv2D(1024, (1, 1), padding='same')(x)
    x = return_activation(x, 'HS')

    x = Conv2D(n_class, (1, 1), padding='same', activation='softmax')(x)
    x = Reshape((n_class,))(x)

    model = Model(inputs, x)

    return model
if __name__ == "__main__":
    model = MobileNetv3_small()
    model.summary()

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