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AlexNet——Alex和Hinton提出的深度学习框架,曾在2012年ImageNet LSVRC比赛中夺冠,成为深度学习领域的里程碑。该网络采用创新的设计理念,显著提升了计算效率和模型性能。
AlexNet共包含8层,网络结构分为卷积层和全连接层。前五层为卷积层,后三层为全连接层。网络结构图展示了各层的连接关系。
前两层的卷积层设计相似:
后续卷积层(第3-5层)与前两层不同:
后三层全为全连接层,每层包含4096个神经元:
ReLU修正线性单元(Rectified Linear Unit)是AlexNet的核心激活函数。相比sigmoid函数,ReLU在训练过程中更具收敛性,且避免了梯度弥散和爆炸问题。ReLU函数图像显示其非饱和特性。
传统激活函数如sigmoid函数在深度网络中容易导致梯度弥散(前层梯度小、后层梯度大),影响训练效率。ReLU函数的线性特性有效缓解了这一问题。
AlexNet采用并行训练策略,分为上下两部分运行。特定层(如第2、4、5层)在两个GPU之间通信,减少数据传输开销。
引入局部响应归一化(Local Response Normalization,LRN)层,借鉴神经生物学中的侧抑制机制。LRN通过局部归一化增强模型泛化能力,减少过拟合。
AlexNet采用Dropout方法,在训练时随机屏蔽部分神经元,防止模型过度依赖局部特征。Dropout不仅减少过拟合,还提高了训练效率。
数据增强主要包含以下内容:
此外,AlexNet还采用了对RGB通道进行主成分分析(PCA)的数据增强方法,通过随机变量增强特征多样性。
AlexNet通过创新的网络结构和训练策略,开创了深度学习的新时代。其设计理念包括ReLU激活函数、最大池化、局部响应归一化以及多GPU并行训练等技术,为后续深度学习模型的发展奠定了重要基础。
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