深度学习模型训练过程【精选】

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深度学习模型训练过程

一．数据准备

1. 基本原则：

1）数据标注前的标签体系设定要合理

2）用于标注的数据集需要无偏、全面、尽可能均衡

3）标注过程要审核

2. 整理数据集

1）将各个标签的数据放于不同的文件夹中，并统计各个标签的数目

2）样本均衡，样本不会绝对均衡，差不多就行了

3）切分样本集

如：90%用于训练，10%留着测试，比例自己定。训练集合，对于弱势类要重采样，最后的图片列表要shuffle；测试集合就不用重采样了。

训练中要保证样本均衡，学习到弱势类的特征，测试过程要反应真实的数据集分布。

4）按需要的格式生成tfrecord

按照train.list和validation.list生成需要的格式。生成和解析tfrecord的代码要根据具体情况编写。

二．基本步骤

1. 定义算法公式，也就是神经网络的前向算法。我们一般使用现成的网络，如inceptionV4，mobilenet等。

2. 定义loss，选择优化器，来让loss最小

3. 对数据进行迭代训练，使loss到达最小

4. 在测试集或者验证集上对准确率进行评估

三．训练

1. 预处理，根据自己的喜好，编写预处理策略。

preprocessing的方法，变换方案诸如：随机裁剪、随机变换框、添加光照饱和度、修改压缩系数、各种缩放方案、多尺度等。进而，减均值除方差或归一化到[-1,1]，将float类型的Tensor送入网络。

这一步的目的是：让网络接受的训练样本尽可能多样，不要最后出现原图没问题，改改分辨率或宽高比就跪了的情况。

2. 网络设计，基础网络的选择和Loss的设计。

基础网络的选择和问题的复杂程度息息相关，用ResNet18可以解决的没必要用101；还有一些SE、GN等模块加上去有没有提升也可以去尝试。

Loss的设计，一般问题的抽象就是设计Loss数据公式的过程。比如多任务中的各个任务权重配比，centor Loss可以让特征分布更紧凑，SmoothL1Loss更平滑避免梯度爆炸等。

3. 优化算法

一般来说，只要时间足够，Adam和SGD+Momentum可以达到的效果差异不大。用框架提供的理论上最好的优化策略就是了。

4. 训练过程

finetune网络，我习惯分两步：首先训练fc层，迭代几个epoch后保存模型；然后基于得到的模型，训练整个网络，一般迭代40-60个epoch可以得到稳定的结果。total_loss会一直下降的，过程中可以评测下模型在测试集上的表现。真正的loss往往包括两部分。后面total_loss的下降主要是正则项的功劳了。

四．难点

1. 训练速度慢，收敛慢

深度学习其实就是一个反复调整模型参数的过程，得力于GPU等硬件性能的提升，使得复杂的深度学习训练成为了可能。收敛速度过慢，训练时间过长，一方面使得相同总训练时间内的迭代次数变少，从而影响准确率，另一方面使得训练次数变少，从而减少了尝试不同超参数的机会。

1. 设置合理的初始化权重w和偏置b

f(x) = w * x + b

2. 优化学习率

型训练就是不断尝试和调整不同的w和b，那么每次调整的幅度是多少呢，这个就是学习率。

3. 网络节点输入值正则化 batch normalization

神经网络训练时，每一层的输入分布都在变化。不论输入值大还是小，我们的学习率都是相同的，这显然是很浪费效率的。而且当输入值很小时，为了保证对它的精细调整，学习率不能设置太大。那有没有办法让输入值标准化得落到某一个范围内，比如[0, 1]之间呢，这样我们就再也不必为太小的输入值而发愁了。

办法当然是有的，那就是正则化！由于我们学习的是输入的特征分布，而不是它的绝对值，故可以对每一个mini-batch数据内部进行标准化，使他们规范化到[0, 1]内。这就是Batch Normalization，简称BN。由大名鼎鼎的inception V2提出。它在每个卷积层后，使用一个BN层，从而使得学习率可以设定为一个较大的值。使用了BN的inceptionV2，只需要以前的1/14的迭代次数就可以达到之前的准确率，大大加快了收敛速度。

4. 采用更先进的网络结构，减少参数量

1） 使用小卷积核来代替大卷积核。

VGGNet全部使用3x3的小卷积核，来代替AlexNet中11x11和5x5等大卷积核。小卷积核虽然参数量较少，但也会带来特征面积捕获过小的问题。inception net认为越往后的卷积层，应该捕获更多更高阶的抽象特征。因此它在靠后的卷积层中使用的5x5等大面积的卷积核的比率较高，而在前面几层卷积中，更多使用的是1x1和3x3的卷积核。

2） 使用两个串联小卷积核来代替一个大卷积核。

inceptionV2中创造性的提出了两个3x3的卷积核代替一个5x5的卷积核。在效果相同的情况下，参数量仅为原先的3x3x2 / 5x5 = 18/25

3）1x1卷积核的使用。

1x1的卷积核可以说是性价比最高的卷积了，没有之一。它在参数量为1的情况下，同样能够提供线性变换，relu激活，输入输出channel变换等功能。VGGNet创造性的提出了1x1的卷积核

3） 非对称卷积核的使用。

inceptionV3中将一个7x7的卷积拆分成了一个1x7和一个7x1, 卷积效果相同的情况下，大大减少了参数量，同时还提高了卷积的多样性。

4） depthwise卷积的使用。

mobileNet中将一个3x3的卷积拆分成了串联的一个3x3 depthwise卷积和一个1x1正常卷积。对于输入channel为M，输出为N的卷积，正常情况下，每个输出channel均需要M个卷积核对输入的每个channel进行卷积，并叠加。也就是需要MxN个卷积核。而在depthwise卷积中，输出channel和输入相同，每个输入channel仅需要一个卷积核。而将channel变换的工作交给了1x1的卷积。这个方法在参数量减少到之前1/9的情况下，精度仍然能达到80%。

5） 全局平均池化代替全连接层。

这个才是大杀器！AlexNet和VGGNet中，全连接层几乎占据了90%的参数量。inceptionV1创造性的使用全局平均池化来代替最后的全连接层，使得其在网络结构更深的情况下（22层，AlexNet仅8层），参数量只有500万，仅为AlexNet的1/12。