• Caffe系列1——网络文件和求解分析


    1. 首先,我们先看一个完整的文件:lenet_train_test.prototxt

      1 name: "LeNet"                 #整个网络的名称
      2 layer {                       #数据层——训练数据
      3   name: "mnist"
      4   type: "Data"
      5   top: "data"
      6   top: "label"
      7   include {
      8     phase: TRAIN
      9   }
     10   transform_param {
     11     scale: 0.00390625
     12   }
     13   data_param {
     14     source: "examples/mnist/mnist_train_lmdb"
     15     batch_size: 64
     16     backend: LMDB
     17   }
     18 }
     19 
     20 #数据层-这里表示测试数据
     21 layer {
     22   name: "mnist"
     23   type: "Data"
     24   top: "data"
     25   top: "label"
     26   include {
     27     phase: TEST
     28   }
     29   transform_param {
     30     scale: 0.00390625
     31   }
     32   data_param {
     33     source: "examples/mnist/mnist_test_lmdb"
     34     batch_size: 100
     35     backend: LMDB
     36   }
     37 }
     38 
     39 #第一层卷积层
     40 layer {
     41   name: "conv1"
     42   type: "Convolution"
     43   bottom: "data"
     44   top: "conv1"
     45   param {
     46     lr_mult: 1
     47   }
     48   param {
     49     lr_mult: 2
     50   }
     51   convolution_param {
     52     num_output: 20
     53     kernel_size: 5
     54     stride: 1
     55     weight_filler {
     56       type: "xavier"
     57     }
     58     bias_filler {
     59       type: "constant"
     60     }
     61   }
     62 }
     63 
     64 #第一层池化层
     65 layer {
     66   name: "pool1"
     67   type: "Pooling"
     68   bottom: "conv1"
     69   top: "pool1"
     70   pooling_param {
     71     pool: MAX
     72     kernel_size: 2
     73     stride: 2
     74   }
     75 }
     76 
     77 
     78 #第二层卷积
     79 layer {
     80   name: "conv2"
     81   type: "Convolution"
     82   bottom: "pool1"
     83   top: "conv2"
     84   param {
     85     lr_mult: 1
     86   }
     87   param {
     88     lr_mult: 2
     89   }
     90   convolution_param {
     91     num_output: 50
     92     kernel_size: 5
     93     stride: 1
     94     weight_filler {
     95       type: "xavier"
     96     }
     97     bias_filler {
     98       type: "constant"
     99     }
    100   }
    101 }
    102 
    103 #第二层池化
    104 layer {
    105   name: "pool2"
    106   type: "Pooling"
    107   bottom: "conv2"
    108   top: "pool2"
    109   pooling_param {
    110     pool: MAX
    111     kernel_size: 2
    112     stride: 2
    113   }
    114 }
    115 
    116 
    117 #第一层全连接层
    118 layer {
    119   name: "ip1"
    120   type: "InnerProduct"
    121   bottom: "pool2"
    122   top: "ip1"
    123   param {
    124     lr_mult: 1
    125   }
    126   param {
    127     lr_mult: 2
    128   }
    129   inner_product_param {
    130     num_output: 500
    131     weight_filler {
    132       type: "xavier"
    133     }
    134     bias_filler {
    135       type: "constant"
    136     }
    137   }
    138 }
    139 
    140 
    141 #第一层激活层
    142 layer {
    143   name: "relu1"
    144   type: "ReLU"
    145   bottom: "ip1"
    146   top: "ip1"
    147 }
    148 
    149 
    150 #第二层全连接层
    151 layer {
    152   name: "ip2"
    153   type: "InnerProduct"
    154   bottom: "ip1"
    155   top: "ip2"
    156   param {
    157     lr_mult: 1
    158   }
    159   param {
    160     lr_mult: 2
    161   }
    162   inner_product_param {
    163     num_output: 10
    164     weight_filler {
    165       type: "xavier"
    166     }
    167     bias_filler {
    168       type: "constant"
    169     }
    170   }
    171 }
    172 
    173 
    174 #测试准确率层
    175 layer {
    176   name: "accuracy"
    177   type: "Accuracy"
    178   bottom: "ip2"
    179   bottom: "label"
    180   top: "accuracy"
    181   include {
    182     phase: TEST
    183   }
    184 }
    185 
    186 
    187 #损失函数层
    188 layer {
    189   name: "loss"
    190   type: "SoftmaxWithLoss"
    191   bottom: "ip2"
    192   bottom: "label"
    193   top: "loss"
    194 }

    2. 数据层

     1 layer {
     2   name: "cifar"        #cifar数据的名称
     3   type: "Data"
     4   top: "data"           #一般用bottom表示输入,top表示输出,多个top代表有多个输出
     5   top: "label"          #数据输出包含两部分:图像和标签
     6   include {
     7     phase: TRAIN        #训练网络分为训练阶段和自测试阶段,如果没写include则表示该层即在测试中,又在训练中
     8   }
     9   transform_param {
    10     mean_file: "examples/cifar10/mean.binaryproto" #用一个配置文件来进行均值的操作
    11     transform_param {
    12     scale: 0.00390625                              #归一化处理1/255,将图像的像素值归一化到0-1之间
    #这里表示数据增强
    13 mirror: 1 # 1表示开启镜像,0表示关闭,也可用ture和false来表示 14 # 剪裁一个 227*227的图块,在训练阶段随机剪裁,在测试阶段从中间裁剪 15 crop_size: 227 16 } 17 } 18 data_param { 19 source: "examples/cifar10/cifar10_train_lmdb" #数据库来源,也就是训练数据集所在路径 20 batch_size: 64 #每次批处理的个数 21 backend: LMDB #选用数据的类型名称 22 } 23 } 24 25 ### 使用LMDB源 26 layer { 27 name: "mnist" 28 type: "Data" 29 top: "data" 30 top: "label" 31 include { 32 phase: TRAIN 33 } 34 transform_param { 35 scale: 0.00390625 36 } 37 data_param { 38 source: "examples/mnist/mnist_train_lmdb" 39 batch_size: 64 40 backend: LMDB 41 } 42 } 43 44 ###使用HDF5数据源 45 layer { 46 name: "data" 47 type: "HDF5Data" 48 top: "data" 49 top: "label" 50 hdf5_data_param { 51 source: "examples/hdf5_classification/data/train.txt" 52 batch_size: 10 53 } 54 } 55 56 ###数据直接来源与图片 57 #/path/to/images/img3423.jpg 2 58 #/path/to/images/img3424.jpg 13 59 #/path/to/images/img3425.jpg 8 60 61 layer { 62 name: "data" 63 type: "ImageData" #类型 64 top: "data" 65 top: "label" 66 transform_param { 67 mirror: false 68 crop_size: 227 69 mean_file: "data/ilsvrc12/imagenet_mean.binaryproto" 70 } 71 image_data_param { 72 source: "examples/_temp/file_list.txt" 73 batch_size: 50 74 new_height: 256 #如果设置就对图片进行resize操作 75 new_ 256 76 }

    3. 卷积层

     1 layer {
     2   name: "conv1"                   #卷积层名称
     3   type: "Convolution"              #表示该层是卷积操作
     4   bottom: "data"                   #bottom表示输入,输入的是“Data”,也就是数据层的输出。
     5   top: "conv1"                      #Top表示输出,该层的输出名称就是“conv1”,它表示第一层卷积操作的输出
     6   param {
     7     lr_mult: 1  #lr_mult: 学习率的系数,最终的学习率是这个数乘以solver.prototxt配置文件中的base_lr。如果有两个lr_mult, 则第一个表示权值的学习率,第二个表示偏置项的学习率。一般偏置项的学习率是权值学习率的两倍。
     8   }
     9   param {
    10     lr_mult: 2
    11   }
    12   convolution_param {
    13     num_output: 20                            #卷积核(filter)的个数,也就是通道数(channels)。
    14     kernel_size: 5                            #卷积核的大小 
    15     stride: 1                                 #卷积核的步长,默认为1 
    16     pad: 0                                    #扩充边缘,默认为0,不扩充
    17     weight_filler {
    18       type: "xavier"                           #权值初始化。 默认为“constant",值全为0,很多时候我们用"xavier"算法来进行初始化,也可以设置为”gaussian"
    19     }
    20     bias_filler {
    21       type: "constant"                          #偏置项的初始化。一般设置为"constant",值全为0
    22     }
    23   }
    24 }
    25  
    26 输入:n*c0*w0*h0
    27 输出:n*c1*w1*h1
    28 其中,c1就是参数中的num_output,生成的特征图个数
    29  w1=(w0+2*pad-kernel_size)/stride+1;
    30  h1=(h0+2*pad-kernel_size)/stride+1;

    4. 池化层(pooling layer)

     1 layer {
     2   name: "pool1"                     #池化层的名称“pool1”
     3   type: "Pooling"                   #表示这一层是池化操作
     4   bottom: "conv1"                   #输入来自于第一层的卷积“conv1”
     5   top: "pool1"                      #输出的就是第一层池化,其名称是“pool1”
     6   pooling_param {
     7     pool: MAX                       #池化操作的方法,默认为MAX-pooling。目前可用的方法有MAX-pooling, AVE-pooling
     8     kernel_size: 3                  #池化的核大小
     9     stride: 2                       #池化的步长,默认为1。一般我们设置为2,即不重叠。
    10   }
    11 }
    12  
    13 #pooling层的运算方法基本是和卷积层是一样的。

    5. 激活函数层

     1 #在激活层中,对输入数据进行激活操作,是逐元素进行运算的,在运算过程中,没有改变数据的大小,即输入和输出的数据大小是相等的。
     2  
     3 ###Sigmoid
     4  
     5  
     6 layer {
     7   name: "test"
     8   bottom: "conv"
     9   top: "test"
    10   type: "Sigmoid"
    11 }
    12  
    13 #ReLU是目前使用最多的激活函数,主要因为其收敛更快,并且能保持同样效果。标准的ReLU函数为max(x, 0),当x>0时,输出x; 当x<=0时,输出0
    14 f(x)=max(x,0)
    15  
    16  
    17  
    18 layer {
    19   name: "relu1"                   #该层的名称“reLu1”
    20   type: "ReLU"                    #这一层操作的激活函数ReLu
    21   bottom: "pool1"                 #这一层数据输入是pool1
    22   top: "pool1"
    23 }

    6. 全连接层(FC Layer)

     1 #全连接层,输出的是一个简单向量  参数跟卷积层一样
     2 layer {
     3   name: "ip1"                         #该层的名称,叫做ip1,其实是计算向量内积的操作,也就是我们常说的全连接层
     4   type: "InnerProduct"                 #这里的类型表示操作的作用是计算前后向量的内积,即全连接
     5   bottom: "pool2"                      #这一层的输入来自于池化层“pool2”
     6   top: "ip1"                            #输出层的名字叫做“ip1”
     7   param {
     8     lr_mult: 1                           #这里表示权重学习率系数,还需要和基础学习率相乘
     9   }
    10   param {
    11     lr_mult: 2                            #这里表示偏置的学习率系数,也需要和基础学习率相乘,它一般是权重学习率系数的2倍
    12   }
    13   inner_product_param {
    14     num_output: 500                         #这里表示 全连接层的输出为500个神经元
    15     weight_filler {
    16       type: "xavier"                         #这里是一种权重初始化的方法
    17     }
    18     bias_filler {                             #这里表示了偏置的初始化方式
    19       type: "constant"
    20     }
    21   }
    22 }
    23 #测试的时候输入准确率
    24 layer {
    25   name: "accuracy"                 #该层的名称是“accuracy”
    26   type: "Accuracy"                  #这一层操作的作用就是计算测试集在模型上的准确率
    27   bottom: "ip2"                      #这一层的输入:第二个全连接层的输出
    28   bottom: "label"            #这一层的第二个输入:一个batch_size图片的类别标签                
    29   top: "accuracy"                    #该层的输出的名称是“accuracy”
    30   include {
    31     phase: TEST                      #这里说明该层只在测试时起作用
    32   }
    33 }

    7. soft-max loss层

     1 #softmax-loss layer:输出loss值
     2  
     3 layer {
     4   name: "loss"                     #该层的名称是“loss”
     5   type: "SoftmaxWithLoss"          #这一层操作的作用是计算交叉熵损失
     6   bottom: "ip1"                    #输入是全连接层的输出
     7   bottom: "label"                   #输入是类别标签
     8   top: "loss"                       #输出的损失,其名称是“loss”
     9 }
    10 #softmax layer: 输出似然值
    11 layers {
    12   bottom: "cls3_fc"
    13   top: "prob"
    14   name: "prob"
    15   type: “Softmax"
    16 }

    7. reshape层

     1 #在不改变数据的情况下,改变输入的维度
     2  
     3 layer {
     4     name: "reshape"
     5     type: "Reshape"
     6     bottom: "input"
     7     top: "output"
     8     reshape_param {
     9       shape {
    10         dim: 0                  # copy the dimension from below
    11         dim: 2
    12         dim: 3
    13         dim: -1                 # infer it from the other dimensions
    14       }
    15     }
    16   }
    17  
    18 有一个可选的参数组shape, 用于指定blob数据的各维的值(blob是一个四维的数据:n*c*w*h)。
    19  
    20 dim:0  表示维度不变,即输入和输出是相同的维度。
    21  
    22 dim:2 或 dim:3 将原来的维度变成2或3
    23  
    24 dim:-1 表示由系统自动计算维度。数据的总量不变,系统会根据blob数据的其它三维来自动计算当前维的维度值 。
    25  
    26 假设原数据为:32*3*28*28, 表示32张3通道的28*28的彩色图片
    27     shape {
    28     dim: 0 
    29     dim: 0
    30      dim: 14
    31       dim: -1 
    32     }
    33 输出数据为:32*3*14*56
    34  
    35 #Dropout是一个防止过拟合的层,表示神经元随机失活 36 #只需要设置一个dropout_ratio就可以了。 37 layer { 38 name: "drop7" 39 type: "Dropout" 40 bottom: "fc7-conv" 41 top: "fc7-conv" 42 dropout_param { 43 dropout_ratio: 0.5 44 } 45 }

    8. solver文件解析

     1 #往往loss function是非凸的,没有解析解,我们需要通过优化方法来求解。
     2 #caffe提供了六种优化算法来求解最优参数,在solver配置文件中,通过设置type类型来选择。
     3  
     4     Stochastic Gradient Descent (type: "SGD"),
     5     AdaDelta (type: "AdaDelta"),
     6     Adaptive Gradient (type: "AdaGrad"),
     7     Adam (type: "Adam"),
     8     Nesterov’s Accelerated Gradient (type: "Nesterov")
     9     RMSprop (type: "RMSProp")
    10 net: "examples/mnist/lenet_train_test.prototxt" #这里表示训练的网络结构文件和测试文件的路径 11 test_iter: 100 #这里的表示测试的时候,batch_size= 测试样本总量/test_iter 12 test_interval: 500 #测试间隔,表示每训练500步,进行一次测试 13 base_lr: 0.01 #基础的学习率 14 momentum: 0.9 #动量 15 type: SGD #优化方法选择:随机梯度下降 16 weight_decay: 0.0005 #权重衰减率 17 lr_policy: "inv" #学习率调整策略 18 gamma: 0.0001 19 power: 0.75 20 display: 100 #显示,每训练100步,在屏幕上显示一次。 21 max_iter: 20000 #最大的迭代次数20000步,到达20000次自动停止 22 snapshot: 5000 #每隔5000步进行一次模型输出 23 snapshot_prefix: "examples/mnist/lenet" #模型的保存位置 24 solver_mode: CPU #模型训练在CPU上进行

    #详细解释如下:
    25 net: "examples/mnist/lenet_train_test.prototxt" #网络位置 26 train_net: "examples/hdf5_classification/logreg_auto_train.prototxt" #也可以分别设定train和test 27 test_net: "examples/hdf5_classification/logreg_auto_test.prototxt" 28 test_iter: 100 #迭代了多少个测试样本呢? batch*test_iter 假设有5000个测试样本,一次测试想跑遍这5000个则需要设置test_iter×batch=5000 29 30 test_interval: 500 #测试间隔。也就是每训练500次,才进行一次测试。 31 32 33 base_lr: 0.01 #base_lr用于设置基础学习率 34 35 lr_policy: "inv" #学习率调整的策略 36 37 - fixed:   #保持base_lr不变. 38 - step:    #如果设置为step,则还需要设置一个stepsize, 返回 base_lr * gamma ^ (floor(iter / stepsize)),其中iter表示当前的迭代次数 39 - exp:   #返回base_lr * gamma ^ iter, iter为当前迭代次数 40 - inv:   #如果设置为inv,还需要设置一个power, 返回base_lr * (1 + gamma * iter) ^ (- power) 41 - multistep: #如果设置为multistep,则还需要设置一个stepvalue。这个参数和step很相似,step是均匀等间隔变化,而multistep则是根据stepvalue值变化 42 - poly:    #学习率进行多项式误差, 返回 base_lr (1 - iter/max_iter) ^ (power) 43 - sigmoid: #学习率进行sigmod衰减,返回 base_lr ( 1/(1 + exp(-gamma * (iter - stepsize)))) 44 45 momentum :0.9 #动量 46 47 display: 100 #每训练100次,在屏幕上显示一次。如果设置为0,则不显示。 48 49 max_iter: 20000 #最大迭代次数,2W次就停止了 50 51 snapshot: 5000 #快照。将训练出来的model和solver状态进行保存,snapshot用于设置训练多少次后进行保存 52 snapshot_prefix: "examples/mnist/lenet" 53 54 solver_mode: CPU #设置运行模式。默认为GPU,如果你没有GPU,则需要改成CPU,否则会出错。
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