【轻量级网络】华为诺亚：VanillaNet

0. 前言

随着人工智能芯片的发展，神经网络推理速度的瓶颈不再是FLOPs或参数量，因为现代GPU可以很容易地进行计算能力较强的并行计算。相比之下，神经网络复杂的设计和较大的深度阻碍了它们的速度。在此背景下，华为诺亚提出了极简网络架构VanillaNet，在ImageNet数据集上，深度为6的网络即可取得76.36%的精度，深度达到13时便能取得83.1%的精度！

1. 网络结构

深度为6的VanillaNet结构如上图所示，一共包括三个部分：

• stem部分：一个4×4卷积 + 激活层
• body部分：由3个卷积模块组成，每个卷积模块由“1×1卷积+MaxPool+激活层”构成
• head部分：由“1×1卷积 + 激活 + 1×1卷积”组成

虽然VanillaNet的体系结构简单且相对较浅，但其微弱的非线性限制了其性能，因此，作者们从训练策略和激活函数这两个角度来解决该问题。

2. VanillaNet非线性表达能力增强策略

2.1 深度训练

简单来说，就是将激活函数$A(x)$替换为$A^{\prime }(x)$，如下式：

其中，$\lambda =\frac{e}{E}$，$e$表示当前epoch，$E$表示总epoch数。因此，在训练开始时，$\lambda =0$，此时$A^{\prime }(x)=A(x)$，网络具有很强的非线性；当训练结束时，$\lambda =1$，此时$A^{\prime }(x)=x$，意味着两个卷积层中间没有激活函数，满足线性条件，可以通过重参数化转换为单个卷积层，从而减小网络深度。

2.2 扩展激活函数

改善神经网络非线性表达能力的方法有两种：叠加非线性激活层或增加每个激活层的非线性，而现有网络的趋势是选择前者，当并行计算能力过剩时，会导致较高的延迟。提高网络非线性的一个直接思想是堆，激活函数的连续叠加是深度网络的关键思想。在VanillaNet中，作者们独辟蹊径，转向并行地堆叠激活函数，如下式：

其中，$n$为并行激活函数的数量，$a_i$和$b_i$分别为尺度因子和偏执，以避免简单地累加。为进一步丰富表达能力，参考BNET，作者为其引入了全局信息学习能力，此时激活函数表示如下：

这部分建议直接看代码，实现起来就是relu激活后接depthwise卷积，padding设置为并行激活的数量$n$

3. 总结

如果能够将深度训练和重参数化合理地结合起来，就是模型压缩利器，大有文章可做，挖个坑~

4. 参考

VanillaNet: the Power of Minimalism in Deep Learning