Python LeNet网络详解及pytorch实现

 更新时间:2021年11月23日 17:04:29   作者:Serins  
LeNet主要用来进行手写字符的识别与分类,并在美国的银行中投入了使用。本文主要为大家详细介绍了LetNet以及通过pytorch实现LetNet,感兴趣的小伙伴可以学习一下

1.LeNet介绍

LeNet神经网络由深度学习三巨头之一的Yan LeCun提出,他同时也是卷积神经网络 (CNN,Convolutional Neural Networks)之父。LeNet主要用来进行手写字符的识别与分类,并在美国的银行中投入了使用。LeNet的实现确立了CNN的结构,现在神经网络中的许多内容在LeNet的网络结构中都能看到,例如卷积层,Pooling层,ReLU层。虽然LeNet早在20世纪90年代就已经提出了,但由于当时缺乏大规模的训练数据,计算机硬件的性能也较低,因此LeNet神经网络在处理复杂问题时效果并不理想。虽然LeNet网络结构比较简单,但是刚好适合神经网络的入门学习。

2.LetNet网络模型

LeNet网络模型一般指LeNet-5,相信大家学习这个模型的时候一定都见过这张图片吧

这张图也是原论文中的一张模型图,这样子看可能会觉得有点不习惯,下面这张图是本人在drawio软件上制作的网络模型图,如下:

纠正一下,上图中第二个Conv2d层后面的计算结果应该为10,写成了5

相信学习了卷积神经网络基础的朋友们应该能很清晰的看懂这张图吧,对于右边的计算在图的左上角也给出了公式,上图中每一层的输入形状以及输出形状我都详细的为大家写出来了,对于计算公式和模型大致的结构,看下面这张图也可以(建议对应上下图一起看更容易理解)

LeNet-5网络模型简单的就包含了卷积层,最大池化层,全连接层以及relu,softmax激活函数,模型中的输入图片大小以及每一层的卷积核个数,步长都是模型制定好的,一般不要随意修改,能改的是最后的输出结果,即分类数量(num_classes)。flatten操作也叫扁平化操作,我们都知道输入到全连接层中的是一个个的特征,及一维向量,但是卷积网络特征提取出来的特征矩阵并非一维,要送入全连接层,所以需要flatten操作将它展平成一维。

3.pytorch实现LeNet

python代码如下

from torch import nn
import torch
import torch.nn.functional as F

'''
    说明:
    1.LeNet是5层网络
    2.nn.ReLU(inplace=True)  参数为True是为了从上层网络Conv2d中传递下来的tensor直接进行修改,这样能够节省运算内存,不用多存储其他变量
    3.本模型的维度注释均省略了N(batch_size)的大小,即input(3, 32, 32)-->input(N, 3, 32, 32)
    4.nn.init.xavier_uniform_(m.weight)
     用一个均匀分布生成值,填充输入的张量或变量,结果张量中的值采样自U(-a, a),
     其中a = gain * sqrt( 2/(fan_in + fan_out))* sqrt(3),
     gain是可选的缩放因子,默认为1
     'fan_in'保留前向传播时权值方差的量级,'fan_out'保留反向传播时的量级
    5.nn.init.constant_(m.bias, 0)
      为所有维度tensor填充一个常量0
'''


class LeNet(nn.Module):
    def __init__(self, num_classes=10, init_weights=False):
        super(LeNet, self).__init__()
        self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels=3, out_channels=16, kernel_size=5, stride=1)
        self.maxpool1 = nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2)
        self.relu = nn.ReLU(True)

        self.conv2 = nn.Conv2d(in_channels=16, out_channels=32, kernel_size=5, stride=1)
        self.maxpool2 = nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2)

        self.fc1 = nn.Linear(32 * 5 * 5, 120)
        self.fc2 = nn.Linear(120, 84)
        self.fc3 = nn.Linear(84, num_classes)

        if init_weights:
            self._initialize_weights()

    def forward(self, x):
        x = self.conv1(x)  # input(3, 32, 32)  output(16, 28, 28)
        x = self.relu(x)  # 激活函数
        x = self.maxpool1(x)  # output(16, 14, 14)
        x = self.conv2(x)  # output(32, 10, 10)
        x = self.relu(x)  # 激活函数
        x = self.maxpool2(x)  # output(32, 5, 5)
        x = torch.flatten(x, start_dim=1)  # output(32*5*5) N代表batch_size
        x = self.fc1(x)  # output(120)
        x = self.relu(x)  # 激活函数
        x = self.fc2(x)  # output(84)
        x = self.relu(x)  # 激活函数
        x = self.fc3(x)  # output(num_classes)

        return x

    def _initialize_weights(self):
        for m in self.modules():
            if isinstance(m, nn.Conv2d):
                nn.init.xavier_uniform_(m.weight)
                if m.bias is not None:
                    nn.init.constant_(m.bias, 0)
            elif isinstance(m, nn.Linear):
                nn.init.xavier_uniform_(m.weight)
                nn.init.constant_(m.bias, 0)

或者

下面这一种没有自己初始化权重和偏置,就会使用默认的初始化方式

import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F
import torch


class LeNet(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(LeNet, self).__init__()
        self.conv1 = nn.Conv2d(3, 16, 5)
        self.pool1 = nn.MaxPool2d(2, 2)
        self.conv2 = nn.Conv2d(16, 32, 5)
        self.pool2 = nn.MaxPool2d(2, 2)
        self.fc1 = nn.Linear(32*5*5, 120)
        self.fc2 = nn.Linear(120, 84)
        self.fc3 = nn.Linear(84, 10)

    def forward(self, x):
        x = F.relu(self.conv1(x))   # output(16, 28, 28)
        x = self.pool1(x)           # output(16, 14, 14)
        x = F.relu(self.conv2(x))   # output(32, 10, 10)
        x = self.pool2(x)           # output(32, 5, 5)
        x = x.view(x.size(0), -1)      # output(32*5*5)
        x = F.relu(self.fc1(x))     # output(120)
        x = F.relu(self.fc2(x))     # output(84)
        x = self.fc3(x)             # output(10)
        return x

nn.Linear就是全连接层,除了最后一个全连接层,其它均需要relu激活,默认无padding操作

nn.Conv2d对应的参数顺序一定要记住:

1.in_channels:输入的通道数或者深度

2.out_channels:输出的通道数或者深度

3.kernel_size:卷积核的大小

4.stride:步长大小,默认1

5.padding:padding的大小,默认0

6.dilation:膨胀大小,默认1,暂时用不到

7.group:分组组数,默认1

8.bias:默认True,布尔值,是否用偏置值

9.padding_mode:默认用0填充

记不住参数顺序也没关系,但需要记住参数名称

参考文章:pytorch实现LeNet网络模型的训练及预测

以上就是Python LeNet网络详解及pytorch实现的详细内容,更多关于Python LeNet网络实现的资料请关注脚本之家其它相关文章!

相关文章

  • 关于Python函数对象的名称空间和作用域

    关于Python函数对象的名称空间和作用域

    这篇文章主要介绍了关于Python函数对象的名称空间和作用域,数据的名称是储存到栈区,而数据的内容是储存到堆区,当我们要去使用数据的内容时,我们可以通过数据的名称来直接去表示数据的内容,需要的朋友可以参考下
    2023-04-04
  • 三步解决python PermissionError: [WinError 5]拒绝访问的情况

    三步解决python PermissionError: [WinError 5]拒绝访问的情况

    这篇文章主要介绍了三步解决python PermissionError: [WinError 5]拒绝访问的情况,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
    2020-04-04
  • 解读调用jupyter notebook文件内的函数一种简单方法

    解读调用jupyter notebook文件内的函数一种简单方法

    这篇文章主要介绍了解读调用jupyter notebook文件内的函数一种简单方法,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教
    2023-01-01
  • 使用Python实现为PDF文档设置和移除密码

    使用Python实现为PDF文档设置和移除密码

    在数字化时代,文档的安全性变得越来越重要,特别是对于包含敏感信息的PDF文件,所以本文主要来和大家介绍一下如何使用Python实现为PDF文档设置和移除密码,需要的可以参考下
    2024-03-03
  • Python基于正则表达式实现计算器功能

    Python基于正则表达式实现计算器功能

    这篇文章主要介绍了Python基于正则表达式实现计算器功能,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下
    2020-07-07
  • python数字图像处理之高级形态学处理

    python数字图像处理之高级形态学处理

    这篇文章主要介绍了python数字图像处理之高级形态学处理,小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧
    2018-04-04
  • Python PaddleNLP开源实现快递单信息抽取

    Python PaddleNLP开源实现快递单信息抽取

    这篇文章主要为大家介绍了Python PaddleNLP开源项目实现对快递单信息抽取,有需要的朋友可以借鉴参考下,希望能够有所帮助,祝大家多多进步,早日升职加薪
    2022-06-06
  • 一文解密Python函数的实现原理

    一文解密Python函数的实现原理

    函数是任何一门编程语言都具备的基本元素,它可以将多个要执行的操作组合起来,一个函数代表了一系列的操作。那就来看看Python函数的实现原理吧
    2023-03-03
  • python图片验证码生成代码

    python图片验证码生成代码

    这篇文章主要为大家详细介绍了python图片验证码生成代码,感兴趣的朋友可以参考一下
    2016-07-07
  • python 计算t分布的双侧置信区间

    python 计算t分布的双侧置信区间

    这篇文章主要介绍了python 计算t分布的双侧置信区间,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
    2021-04-04

最新评论