【YOLOv5/v7改进系列】替换激活函数为SiLU、ReLU、LeakyReLU、FReLU、PReLU、Hardswish、Mish、ELU等

一、导言

激活函数在目标检测中的作用至关重要，它们主要服务于以下几个关键目的：

1. 引入非线性：神经网络的基本构建块（如卷积层、全连接层等）本质上是线性变换，而激活函数通过引入非线性，使得网络能够学习和表达更复杂、更丰富的数据特征。这对于目标检测任务尤为重要，因为目标可能出现在图像中的任何位置、大小和姿态，且彼此之间可能有重叠或遮挡，非线性表达能力可以帮助模型更好地理解和区分这些复杂的场景。

2. 控制梯度流：激活函数的形状影响着反向传播过程中的梯度传递，这对于权重更新和学习过程至关重要。例如，ReLU及其变体（如Leaky ReLU、PReLU、FReLU等）通过在负值区域保持非零斜率，解决了传统ReLU可能导致的“神经元死亡”问题，从而促进了深层网络中的梯度流动。

3. 增强模型表达能力：特定的激活函数能够提升模型在特定任务上的表现。例如，FReLU（Funnel Activation Function）通过在激活阶段整合空间信息，提高了模型的空间理解能力，这对于目标检测这种需要精确定位的任务非常有利。

4. 影响计算效率：不同的激活函数具有不同的计算复杂度。在实时目标检测系统如YOLO系列中，选择计算成本低且效果好的激活函数（如ReLU）对于保证模型的运行速度和资源效率是必要的。

5. 输出范围调整：某些激活函数（如Sigmoid和Softmax）能够将输出限制在特定范围内，这在输出层特别有用，比如将网络输出转化为概率值，便于进行目标类别预测。

综上所述，激活函数不仅决定了神经网络的学习能力，还在很大程度上影响了目标检测模型的精度、训练效率以及最终的检测性能。因此，在设计目标检测网络时，精心选择和设计激活函数是一个重要环节。

二、YOLO训练中常见且有效的激活函数

1. SiLU (Sigmoid Linear Unit): 也称为Swish，是一种自适应激活函数。SiLU尝试结合了线性变换和sigmoid函数的优点，能够提升模型的非线性表达能力，同时缓解梯度消失问题。

2. ReLU (Rectified Linear Unit): 是最常用的激活函数之一，当输入为正时，输出等于输入；为负时，输出为0。ReLU解决了sigmoid和tanh函数的梯度饱和问题，加速了神经网络的训练，但在负值区域梯度为0，可能导致“死亡ReLU”现象。

3. Leaky ReLU: 为了解决ReLU在负值区域梯度消失的问题而提出，即使负输入时函数也有非零斜率，帮助梯度流动。

4. FReLU (Fractional ReLU): 是ReLU的一个变种，它引入了一个可学习的参数来调整负输入部分的斜率，提供了比Leaky ReLU更灵活的调整能力。

5. PReLU (Parametric ReLU): 类似于Leaky ReLU，适用于不同层可能需要不同负斜率的情况。

6. Hardswish: 是MobileNetV3中引入的一种激活函数，试图模仿Swish但计算成本更低。它在移动端设备上表现高效且性能良好。

7. Mish: 由D. Misra提出，Mish结合了自我门控的性质和ReLU的简单性，被发现能在多种任务上提高模型性能。

8. ELU (Exponential Linear Unit): 目的是减少ReLU的偏差移位问题并加速学习过程。

9. CELU (Continuously Differentiable Exponential Linear Unit): 是ELU的一个连续可微分版本，旨在保持ELU的优点同时确保所有点的导数存在，适合需要严格平滑性的应用。

10. GELU (Gaussian Error Linear Unit): 形式较为复杂，与高斯分布的累积分布函数有关。GELU在Transformer等模型中表现优秀，因为它能更好地匹配神经网络中权重初始化的分布。

11. SELU (Scaled Exponential Linear Unit): 设计用于自归一化神经网络，SELU旨在确保网络的输出具有零均值和单位方差，从而简化训练过程中的归一化需求。

需要注意的是，YOLOv7、YOLOv5项目采用的默认激活函数为SiLU，而YOLOv7-tiny项目采用的激活函数为LeakyReLU，ResNet系列采用的激活函数则为ReLU，选择何种激活函数为自己的Baseline需要先查阅相关论文再下判断，以此为改进的对照方可得出结果。

同时，YOLOv5/v7的激活函数一般在models/activations.py下

三、YOLOv7-tiny改进工作

了解二后，在YOLOv7项目文件下的models文件夹下的common.py，采用ctrl+F搜索如下代码。

self.act = nn.SiLU() if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())

将其替换为二的激活函数即可。

四、YOLOv7改进工作

了解二后，在YOLOv7项目文件下的models文件夹下的common.py，采用ctrl+F搜索如下代码。

self.act = nn.SiLU() if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())

将其替换为二的激活函数即可。

五、YOLOv5改进工作

了解二后，在YOLOv5项目文件下的models文件夹下的common.py，采用ctrl+F搜索如下代码。

self.act = nn.SiLU() if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())

将其替换为二的激活函数即可。

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