MobileNetV2-SSDLite代码分析-3 models-mobilenet_v2

Github-pytorch-ssd
vision/ssd
mobilenet_v2

image.png

其中:t表示“扩张”倍数,c表示输出通道数,n表示重复次数,s表示步长stride。
先说两点有误之处吧:
第五行,也就是第7~10个bottleneck,stride=2,分辨率应该从28降低到14;如果不是分辨率出错,那就应该是stride=1;
文中提到共计采用19个bottleneck,但是这里只有17个。

import torch.nn as nn
import math
# Modified from https://github.com/tonylins/pytorch-mobilenet-v2/blob/master/MobileNetV2.py.
# In this version, Relu6 is replaced with Relu to make it ONNX compatible.
# BatchNorm Layer is optional to make it easy do batch norm confusion.

 
深度可分离卷积用pytorch实现比较简单,conv2d中有个参数叫groups,将它设置为通道数即可

# 普通3*3卷积
def conv_bn(inp, oup, stride, use_batch_norm=True, onnx_compatible=False):
    # onnx_compatible决定是使用普通relu还是relu6
    '''
    普通relu, y=max(0, x), 相当于无限多个bernoulli分布,即无限多个骰子
    relu6, y= min(max(0,x), 6), 相当于有六个bernoulli分布,即6个硬币,同时抛出正面,这样鼓励网络学习到稀疏特征。
    网络里面每一个输出n,相当于n个bernoulli分布的叠加。
    通过实验发现,用6,效果比较好。所以选用了6
    '''
    ReLU = nn.ReLU if onnx_compatible else nn.ReLU6
    if use_batch_norm:
        return nn.Sequential(
            nn.Conv2d(inp, oup, 3, stride, 1, bias=False),
            nn.BatchNorm2d(oup),
            ReLU(inplace=True)
        )
    else:
        return nn.Sequential(
            nn.Conv2d(inp, oup, 3, stride, 1, bias=False),
            ReLU(inplace=True)
        )

上面的代码中频繁出现了inplace=True,在此作出说明。
inplace=True:不创建新的对象,直接对原始对象进行修改;
inplace=False:对数据进行修改,创建并返回新的对象承载其修改结果。
这里relu指定inplace=True,则对于上层网络传递下来的tensor直接进行修改,可以少存储变量,节省运算内存。
 

# 点卷积
def conv_1x1_bn(inp, oup, use_batch_norm=True, onnx_compatible=False):
    ReLU = nn.ReLU if onnx_compatible else nn.ReLU6
    if use_batch_norm:
        return nn.Sequential(
            nn.Conv2d(inp, oup, 1, 1, 0, bias=False),
            nn.BatchNorm2d(oup),
            ReLU(inplace=True)
        )
    else:
        return nn.Sequential(
            nn.Conv2d(inp, oup, 1, 1, 0, bias=False),
            ReLU(inplace=True)
        )
# mobilenetv2的创新点,InvertedResidual
class InvertedResidual(nn.Module):
    def __init__(self, inp, oup, stride, expand_ratio, use_batch_norm=True, onnx_compatible=False):
        super(InvertedResidual, self).__init__()
        ReLU = nn.ReLU if onnx_compatible else nn.ReLU6
        self.stride = stride
        assert stride in [1, 2]
        
        hidden_dim = round(inp * expand_ratio)
        self.use_res_connect = self.stride == 1 and inp == oup
        if expand_ratio == 1:
            # 当我不扩张时,hidden_dim就等于inp, InvertedResidual结构是: 3*3DWconv, (BN,) Relu, 1*1PWconv, (BN)
            if use_batch_norm:
                self.conv = nn.Sequential(
                    # dw(深度可分离卷积)
                    # torch.nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size, stride, padding, dilation, groups, bias=True)
                    nn.Conv2d(hidden_dim, hidden_dim, 3, stride, 1, groups=hidden_dim, bias=False),
                    nn.BatchNorm2d(hidden_dim),
                    ReLU(inplace=True),
                    # pw-linear 点卷积,实现线性变换
                    # 点卷积不不需要padding
                    nn.Conv2d(hidden_dim, oup, 1, 1, 0, bias=False),
                    nn.BatchNorm2d(oup),
                )
            else:
                self.conv = nn.Sequential(
                    # dw
                    nn.Conv2d(hidden_dim, hidden_dim, 3, stride, 1, groups=hidden_dim, bias=False),
                    ReLU(inplace=True),
                    # pw-linear
                    nn.Conv2d(hidden_dim, oup, 1, 1, 0, bias=False),
                )
        else:
            # 当我需要扩张时,InvertedResidual结构是: 1*1PWconv, (BN,) Relu, 3*3DWconv, (BN,) Relu, 1*1PWconv, (BN)
            if use_batch_norm:
                self.conv = nn.Sequential(
                    # pw(点卷积扩张)
                    nn.Conv2d(inp, hidden_dim, 1, 1, 0, bias=False),
                    nn.BatchNorm2d(hidden_dim),
                    ReLU(inplace=True),
                    # dw(深度可分离卷积)
                    nn.Conv2d(hidden_dim, hidden_dim, 3, stride, 1, groups=hidden_dim, bias=False),
                    nn.BatchNorm2d(hidden_dim),
                    ReLU(inplace=True),
                    # pw-linear(点卷积压缩)
                    nn.Conv2d(hidden_dim, oup, 1, 1, 0, bias=False),
                    nn.BatchNorm2d(oup),
                )
            else:
                self.conv = nn.Sequential(
                    # pw
                    nn.Conv2d(inp, hidden_dim, 1, 1, 0, bias=False),
                    ReLU(inplace=True),
                    # dw
                    nn.Conv2d(hidden_dim, hidden_dim, 3, stride, 1, groups=hidden_dim, bias=False),
                    ReLU(inplace=True),
                    # pw-linear
                    nn.Conv2d(hidden_dim, oup, 1, 1, 0, bias=False),
                )
    def forward(self, x):
        # 残差网络是执行+操作
        if self.use_res_connect:
            return x + self.conv(x)
        else:
            return self.conv(x)

这里来梳理几个知识点:
concat与add的区别
shortcut residual是基于layer的concat操作
router是add操作
分支操作是基于通道的concat操作

class MobileNetV2(nn.Module):
    def __init__(self, n_class=1000, input_size=224, width_mult=1., dropout_ratio=0.2,
                use_batch_norm=True, onnx_compatible=False):
        super(MobileNetV2, self).__init__()
        block = InvertedResidual
        input_channel = 32
        last_channel = 1280
        # t表示“扩张”倍数,c表示输出通道数,n表示重复次数,s表示步长stride。
        interverted_residual_setting = [
            # t, c, n, s
            [1, 16, 1, 1],
            [6, 24, 2, 2],
            [6, 32, 3, 2],
            [6, 64, 4, 2],
            [6, 96, 3, 1],
            [6, 160, 3, 2],
            [6, 320, 1, 1],
        ]
        # building first layer
        assert input_size % 32 == 0
        input_channel = int(input_channel * width_mult)
        self.last_channel = int(last_channel * width_mult) if width_mult > 1.0 else last_channel
        self.features = [conv_bn(3, input_channel, 2, onnx_compatible=onnx_compatible)]
        # building inverted residual blocks
        for t, c, n, s in interverted_residual_setting:
            output_channel = int(c * width_mult)
            for i in range(n):
                if i == 0:
                    self.features.append(block(input_channel, output_channel, s,
                                              expand_ratio=t, use_batch_norm=use_batch_norm,
                                              onnx_compatible=onnx_compatible))
                else:
                    self.features.append(block(input_channel, output_channel, 1,
                                              expand_ratio=t, use_batch_norm=use_batch_norm,
                                              onnx_compatible=onnx_compatible))
                input_channel = output_channel
        # building last several layers
        self.features.append(conv_1x1_bn(input_channel, self.last_channel,
                                        use_batch_norm=use_batch_norm, onnx_compatible=onnx_compatible))
        # make it nn.Sequential
        self.features = nn.Sequential(*self.features)
        # building classifier
        self.classifier = nn.Sequential(
            nn.Dropout(dropout_ratio),
            nn.Linear(self.last_channel, n_class),
        )
        self._initialize_weights()
        
    def forward(self, x):
        x = self.features(x)
        x = x.mean(3).mean(2)
        x = self.classifier(x)
        return x
        
    def _initialize_weights(self):
        for m in self.modules():
            if isinstance(m, nn.Conv2d):
                n = m.kernel_size[0] * m.kernel_size[1] * m.out_channels
                m.weight.data.normal_(0, math.sqrt(2. / n))
                if m.bias is not None:
                    m.bias.data.zero_()
            elif isinstance(m, nn.BatchNorm2d):
                m.weight.data.fill_(1)
                m.bias.data.zero_()
            elif isinstance(m, nn.Linear):
                n = m.weight.size(1)
                m.weight.data.normal_(0, 0.01)
                m.bias.data.zero_()
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