LeNet、AlexNet和VGG的设计模式都是先用卷积层与汇聚层提取特征，然后用全连接层对特征进行处理。
AlexNet和VGG对LeNet的改进主要在于扩大和加深这两个模块。网络中的网络（NiN）则是在每个像素的通道上分别使用多层感知机。
import torch
from torch import nn
from d2l import torch as d2l
7.3.1 NiN
NiN的想法是在每个像素位置应用一个全连接层。 如果我们将权重连接到每个空间位置，我们可以将其视为 \(1\times 1\) 卷积层，即是作为在每个像素位置上独立作用的全连接层。 从另一个角度看，是将空间维度中的每个像素视为单个样本，将通道维度视为不同特征（feature）。
NiN块以一个普通卷积层开始，后面是两个 \(1\times 1\) 的卷积层。这两个卷积层充当带有ReLU激活函数的逐像素全连接层。
def nin_block(in_channels, out_channels, kernel_size, strides, padding):
return nn.Sequential(
nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size, strides, padding),
nn.ReLU(),
nn.Conv2d(out_channels, out_channels, kernel_size=1), nn.ReLU(),
nn.Conv2d(out_channels, out_channels, kernel_size=1), nn.ReLU())
7.3.2 NiN 模型
最初的 NiN 网络是在 AlexNet 后不久提出的，显然 NiN 网络是从 AlexNet 中得到了一些启示的。 NiN 使用窗口形状为 \(11\times 11\) 、 \(5\times 5\) 和 \(3\times 3\) 的卷积层，输出通道数量与 AlexNet 中的相同。每个NiN块后有一个最大汇聚层，汇聚窗口形状为 \(3\times 3\) ，步幅为 2。
NiN 和 AlexNet 之间的显著区别是 NiN 使用一个 NiN 块取代了全连接层。其输出通道数等于标签类别的数量。最后放一个全局平均汇聚层，生成一个对数几率。
NiN 设计的一个优点是显著减少了模型所需参数的数量。然而，在实践中，这种设计有时会增加训练模型的时间。
net = nn.Sequential(
nin_block(1, 96, kernel_size=11, strides=4, padding=0),
nn.MaxPool2d(3, stride=2),
nin_block(96, 256, kernel_size=5, strides=1, padding=2),
nn.MaxPool2d(3, stride=2),
nin_block(256, 384, kernel_size=3, strides=1, padding=1),
nn.MaxPool2d(3, stride=2),
nn.Dropout(0.5),
# 标签类别数是10
nin_block(384, 10, kernel_size=3, strides=1, padding=1),
nn.AdaptiveAvgPool2d((1, 1)),
# 将四维的输出转成二维的输出，其形状为(批量大小,10)
nn.Flatten())
X = torch.rand(size=(1, 1, 224, 224))
for layer in net:
X = layer(X)
print(layer.__class__.__name__,'output shape:\t', X.shape)
Sequential output shape: torch.Size([1, 96, 54, 54])
MaxPool2d output shape: torch.Size([1, 96, 26, 26])
Sequential output shape: torch.Size([1, 256, 26, 26])
MaxPool2d output shape: torch.Size([1, 256, 12, 12])
Sequential output shape: torch.Size([1, 384, 12, 12])
MaxPool2d output shape: torch.Size([1, 384, 5, 5])
Dropout output shape: torch.Size([1, 384, 5, 5])
Sequential output shape: torch.Size([1, 10, 5, 5])
AdaptiveAvgPool2d output shape: torch.Size([1, 10, 1, 1])
Flatten output shape: torch.Size([1, 10])
7.3.3 训练模型
lr, num_epochs, batch_size = 0.1, 10, 128
train_iter, test_iter = d2l.load_data_fashion_mnist(batch_size, resize=224)
d2l.train_ch6(net, train_iter, test_iter, num_epochs, lr, d2l.try_gpu()) # 大约需要二十五分钟，慎跑
loss 0.600, train acc 0.769, test acc 0.775
447.9 examples/sec on cuda:0
练习
（1）调整 NiN 的超参数，以提高分类准确性。
net2 = nn.Sequential(
nin_block(1, 96, kernel_size=11, strides=4, padding=0),
nn.MaxPool2d(3, stride=2),
nin_block(96, 256, kernel_size=5, strides=1, padding=2),
nn.MaxPool2d(3, stride=2),
nin_block(256, 384, kernel_size=3, strides=1, padding=1),
nn.MaxPool2d(3, stride=2),
nn.Dropout(0.5),
nin_block(384, 10, kernel_size=3, strides=1, padding=1),
nn.AdaptiveAvgPool2d((1, 1)),
nn.Flatten())
lr, num_epochs, batch_size = 0.15, 12, 128
train_iter, test_iter = d2l.load_data_fashion_mnist(batch_size, resize=224)
d2l.train_ch6(net2, train_iter, test_iter, num_epochs, lr, d2l.try_gpu()) # 大约需要三十分钟，慎跑
loss 0.353, train acc 0.871, test acc 0.884
449.5 examples/sec on cuda:0
学习率调大一点点之后精度更高了，但是波动变的分外严重。
（2）为什么 NiN 块中有两个 \(1\times 1\) 的卷积层？删除其中一个，然后观察和分析实验现象。
def nin_block2(in_channels, out_channels, kernel_size, strides, padding):
return nn.Sequential(
nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size, strides, padding),
nn.ReLU(),
nn.Conv2d(out_channels, out_channels, kernel_size=1), nn.ReLU())
net3 = nn.Sequential(
nin_block2(1, 96, kernel_size=11, strides=4, padding=0),
nn.MaxPool2d(3, stride=2),
nin_block2(96, 256, kernel_size=5, strides=1, padding=2),
nn.MaxPool2d(3, stride=2),
nin_block2(256, 384, kernel_size=3, strides=1, padding=1),
nn.MaxPool2d(3, stride=2),
nn.Dropout(0.5),
# 标签类别数是10
nin_block2(384, 10, kernel_size=3, strides=1, padding=1),
nn.AdaptiveAvgPool2d((1, 1)),
# 将四维的输出转成二维的输出，其形状为(批量大小,10)
nn.Flatten())
lr, num_epochs, batch_size = 0.15, 10, 128
train_iter, test_iter = d2l.load_data_fashion_mnist(batch_size, resize=224)
d2l.train_ch6(net3, train_iter, test_iter, num_epochs, lr, d2l.try_gpu()) # 大约需要二十分钟，慎跑
loss 0.309, train acc 0.884, test acc 0.890
607.5 examples/sec on cuda:0
有时候会更好，有时候会不收敛。
（3）计算 NiN 的资源使用情况。
a. 参数的数量是多少？
b. 计算量是多少？
c. 训练期间需要多少显存?
d. 预测期间需要多少显存?
a. 参数数量：
\[\begin{align} &[11\times 11 + 2] + [5\times 5 + 2] + [3\times 3 + 2] + [3\times 3 + 2]\\ =& 123+27+11+11\\ =& 172 \end{align} \]b. 计算量：
\[\begin{align} &\{[(224-11+4)/4]^2\times 11^2\times 96 + 224^2\times 2\} + [(26-5+2+1)^2\times 5^2\times 96\times 256 + 26^2\times 2] + \\ &[(12-3+1+1)^2\times 3^2\times 256\times 384 + 12^2\times 2]+[(5-3+1+1)^2\times 3^2\times 384\times 10 + 5^2\times 2]\\ =&34286966+353895752+107053344+553010\\ =&495789072 \end{align} \]（4）一次性直接将 \(384\times 5\times 5\) 的表示压缩为 \(10\times 5\times 5\) 的表示，会存在哪些问题？
压缩太快可能导致特征损失过多。
标签：kernel,NiN,nn,strides,网络,times,7.3,size From： https://www.cnblogs.com/AncilunKiang/p/17716395.html