论文笔记——MobileNets(Efficient Convolutional Neural Networks for Mobile Vision Applications)

论文地址：MobileNets: Efficient Convolutional Neural Networks for Mobile Vision Applications

• MobileNet由Google提出的一种新的卷积计算方法，旨在加速卷积计算过程。
• 为了减小网络模型大小，提出了两种比较暴力的裁剪方法。
  (1) 直接对channel进行裁剪，这种随机砍掉一些channel，也太暴力了吧，砍多了效果肯定不好，想想都知道。
  (2) 减少输入图像的分辨率，也就是减小输入的尺寸大小。
• 我们还是关注新的卷积计算方法，要做压缩的话，还是另辟蹊径。

1. Full convolution VS. Depthwise separable convolution

1.1 Full convolution

• M表示输入的channel, N表示输出的channel，Dk表示kernel size.
• 我们可以看到输出的每一个channel，都跟所有的输入channel有关，也就是说，对于输出的一个channel，都是M个kernel与M个channel卷积以后的求和结果。
• 差别就在这里！在depthwise separable中，每一个输出的channel，只和一个输入的channel有关。

1.2 Depthwise separable convolution

• 输入M个channel，那么输出也是M个channel，每一个channel都是由一个kernel在一个channel卷积以后得到的结果，不在是和所有的输入相关了。这也就是为什么名字叫做depthwise separable（深度级的分离，channel的分离）。

• 但是我们发现输出只有M个channel,而我们想要输出N个channel，这个时候我们应该想到1*1的convolution，这个时候的卷积就是full convolution。这个时候输出的每一个channel都和输入有关了，相当于输入的加权求和。所以1x1的卷积有联合(combine)的作用。

2. 计算量对比

• 只要理解了两个的差别，不难算出计算直接的差别。

• Dk表示kernel size， M表示输入的channel，也就是feature map的个数，N表示输出的channel。Df表示feature map的大小，也就是width和height, 上面这个式子再一次验证了我们上面说的，输出的每一个channel都和输入的所有channel有关。

• 求和的左半部分，表示depthwise separable的计算量，可以看到输出为M个channel,每个输出channel只和一个channel有关。

• 求和的有半部分，表示1x1 pointwise convolution，可以看到每一个输出channel，都和M个输入有关(M个输入的加权求和)。

• 计算量较少比例

3. 模型压缩

上面公式可以看到直接对输入的M个channel进行的压缩(随机采样)

上面公式可以看到对不仅对输出的channel进行了采样，对输入图像的分辨率也进行了减小。

4. 对比实验

4.1 参数量的对比

4.2 实验结果

5. 实现

• Tensorflow的实现： https://github.com/tensorflow/models/blob/master/slim/nets/mobilenet_v1.md
• Caffe实现(trick)： https://github.com/shicai/MobileNet-Caffe
  (通过caffe 的group参数来实现depthwise的操作的，由于实现的问题和cuda/cudnn对其支持得不好，训练起来十分慢。前向预测时在CPU上的耗时大概是googlenet的70%。这个数据参考一篇博文的，未实践过。)
• Pytorch实现：https://github.com/marvis/pytorch-mobilenet

6. 总结

• 根据实践经验的总结，这种新的卷积计算方式，对运算速度的改进还是比较明显的，精度影响不是很大，至于文中说的两个裁剪方法，我觉得还是慎重使用比较好。
• 现在市面上已经有很多裁剪方法了，没必要用这么暴力的进行裁剪来压缩模型大小。