如何在Caffe中配置每一个层的结构

1. Vision Layers

1.1 卷积层(Convolution)

类型：CONVOLUTION

例子

layers {  name: "conv1"  type: CONVOLUTION  bottom: "data"  top: "conv1"  blobs_lr: 1          # learning rate multiplier for the filters  blobs_lr: 2          # learning rate multiplier for the biases  weight_decay: 1      # weight decay multiplier for the filters  weight_decay: 0      # weight decay multiplier for the biases  convolution_param {    num_output: 96     # learn 96 filters    kernel_size: 11    # each filter is 11x11    stride: 4          # step 4 pixels between each filter application    weight_filler {      type: "gaussian" # initialize the filters from a Gaussian      std: 0.01        # distribution with stdev 0.01 (default mean: 0)    }    bias_filler {      type: "constant" # initialize the biases to zero (0)      value: 0    }  }}

blobs_lr: 学习率调整的参数，在上面的例子中设置权重学习率和运行中求解器给出的学习率一样，同时是偏置学习率为权重的两倍。

weight_decay：

卷积层的重要参数

必须参数：

num_output (c_o)：过滤器的个数

kernel_size (or kernel_h andkernel_w)：过滤器的大小

可选参数：

weight_filler [default type: 'constant' value:0]：参数的初始化方法

bias_filler：偏置的初始化方法

bias_term [default true]：指定是否是否开启偏置项

pad (or pad_h and pad_w) [default0]：指定在输入的每一边加上多少个像素

stride (or stride_h and stride_w) [default1]：指定过滤器的步长

group (g) [default 1]: If g > 1, we restrictthe connectivityof each filter to a subset of the input.Specifically, the input and outputchannels are separated into ggroups, and the ith output group channels will beonly connected tothe ith
input group channels.

通过卷积后的大小变化：

输入：n * c_i * h_i * w_i

输出：n * c_o * h_o * w_o，其中h_o = (h_i + 2 * pad_h - kernel_h)/stride_h + 1，w_o通过同样的方法计算。

1.2 池化层（Pooling）

类型：POOLING

例子

layers {  name: "pool1"  type: POOLING  bottom: "conv1"  top: "pool1"  pooling_param {    pool: MAX    kernel_size: 3 # pool over a 3x3 region    stride: 2      # step two pixels (in the bottom blob) between pooling regions  }}

卷积层的重要参数

必需参数：

kernel_size (or kernel_h andkernel_w)：过滤器的大小

可选参数：
pool [default MAX]：pooling的方法，目前有MAX, AVE,和STOCHASTIC三种方法

pad (or pad_h and pad_w) [default0]：指定在输入的每一遍加上多少个像素

stride (or stride_h and stride_w)[default1]：指定过滤器的步长

通过池化后的大小变化：

输入：n * c_i * h_i * w_i

输出：n * c_o * h_o * w_o，其中h_o = (h_i + 2 * pad_h - kernel_h)/stride_h + 1，w_o通过同样的方法计算。

1.3 Local Response Normalization (LRN)

类型：LRN

LocalResponseNormalization是对一个局部的输入区域进行的归一化（激活a被加一个归一化权重（分母部分）生成了新的激活b），有两种不同的形式，一种的输入区域为相邻的channels（crosschannel LRN），另一种是为同一个channel内的空间区域（within channel LRN）

计算公式：对每一个输入除以


可选参数：

local_size [default 5]：对于cross channelLRN为需要求和的邻近channel的数量；对于within channel LRN为需要求和的空间区域的边长

alpha [default 1]：scaling参数

beta [default 5]：指数

norm_region [default ACROSS_CHANNELS]:选择哪种LRN的方法ACROSS_CHANNELS 或者WITHIN_CHANNEL

2. Loss Layers

深度学习是通过最小化输出和目标的Loss来驱动学习。

2.1 Softmax

类型: SOFTMAX_LOSS

2.2 Sum-of-Squares / Euclidean

类型: EUCLIDEAN_LOSS

2.3 Hinge / Margin

类型: HINGE_LOSS
例子：

# L1 Normlayers {  name: "loss"  type: HINGE_LOSS  bottom: "pred"  bottom: "label"}# L2 Normlayers {  name: "loss"  type: HINGE_LOSS  bottom: "pred"  bottom: "label"  top: "loss"  hinge_loss_param {    norm: L2  }}

可选参数：

norm [default L1]: 选择L1或者 L2范数

输入：

n * c * h * wPredictions

n * 1 * 1 * 1Labels

输出

1 * 1 * 1 * 1Computed Loss

2.4 Sigmoid Cross-Entropy

类型：SIGMOID_CROSS_ENTROPY_LOSS

2.5 Infogain

类型：INFOGAIN_LOSS

2.6 Accuracy and Top-k

类型：ACCURACY

用来计算输出和目标的正确率，事实上这不是一个loss，而且没有backward这一步。

3. 激励层（Activation / Neuron Layers）

一般来说，激励层是element-wise的操作，输入和输出的大小相同，一般情况下就是一个非线性函数。

3.1 ReLU / Rectified-Linear and Leaky-ReLU

类型: RELU
例子:

layers {  name: "relu1"  type: RELU  bottom: "conv1"  top: "conv1"}

可选参数：

negative_slope [default 0]:指定输入值小于零时的输出。

ReLU是目前使用做多的激励函数，主要因为其收敛更快，并且能保持同样效果。

标准的ReLU函数为max(x, 0)，而一般为当x > 0时输出x，但x <=0时输出negative_slope。RELU层支持in-place计算，这意味着bottom的输出和输入相同以避免内存的消耗。

3.2 Sigmoid

类型: SIGMOID
例子:

layers {  name: "encode1neuron"  bottom: "encode1"  top: "encode1neuron"  type: SIGMOID}

SIGMOID 层通过 sigmoid(x) 计算每一个输入x的输出，函数如下图。

3.3 TanH / Hyperbolic Tangent

类型: TANH
例子:

layers {  name: "encode1neuron"  bottom: "encode1"  top: "encode1neuron"  type: SIGMOID}

TANH层通过 tanh(x) 计算每一个输入x的输出，函数如下图。

3.3 Absolute Value

类型: ABSVAL
例子:

layers {  name: "layer"  bottom: "in"  top: "out"  type: ABSVAL}

ABSVAL层通过 abs(x) 计算每一个输入x的输出。

3.4 Power

类型: POWER
例子：

layers {  name: "layer"  bottom: "in"  top: "out"  type: POWER  power_param {    power: 1    scale: 1    shift: 0  }}

可选参数：

power [default 1]

scale [default 1]

shift [default 0]

POWER层通过 (shift + scale * x) ^ power计算每一个输入x的输出。

3.5 BNLL

类型: BNLL
例子：

layers {  name: "layer"  bottom: "in"  top: "out"  type: BNLL}

BNLL (binomial normal log likelihood) 层通过 log(1 + exp(x))计算每一个输入x的输出。

4. 数据层（Data Layers）

数据通过数据层进入Caffe，数据层在整个网络的底部。数据可以来自高效的数据库（LevelDB 或者LMDB），直接来自内存。如果不追求高效性，可以以HDF5或者一般图像的格式从硬盘读取数据。

4.1 Database

类型：DATA

必须参数：

source:包含数据的目录名称

batch_size:一次处理的输入的数量

可选参数：

rand_skip:在开始的时候从输入中跳过这个数值，这在异步随机梯度下降（SGD）的时候非常有用

backend [default LEVELDB]: 选择使用 LEVELDB 或者LMDB

4.2 In-Memory

类型: MEMORY_DATA

必需参数：

batch_size, channels, height, width: 指定从内存读取数据的大小

The memory data layer reads data directly from memory, withoutcopying it. In order to use it, one must callMemoryDataLayer::Reset (from C++) or Net.set_input_arrays (fromPython) in order to specify a source of contiguous data (as 4D rowmajor array), which is
read one batch-sized chunk at a time.

4.3 HDF5 Input

类型: HDF5_DATA

必要参数：

source:需要读取的文件名

batch_size：一次处理的输入的数量

4.4 HDF5 Output

类型: HDF5_OUTPUT

必要参数：

file_name: 输出的文件名

HDF5的作用和这节中的其他的层不一样，它是把输入的blobs写到硬盘

4.5 Images

类型: IMAGE_DATA

必要参数：

source: text文件的名字，每一行给出一张图片的文件名和label

batch_size: 一个batch中图片的数量

可选参数：

rand_skip：在开始的时候从输入中跳过这个数值，这在异步随机梯度下降（SGD）的时候非常有用

shuffle [defaultfalse]


new_height, new_width: 把所有的图像resize到这个大小

4.6 Windows

类型：WINDOW_DATA

4.7 Dummy

类型：DUMMY_DATA

Dummy 层用于development 和debugging。具体参数DummyDataParameter。

5. 一般层（Common Layers）

5.1 全连接层Inner Product

类型：INNER_PRODUCT

例子：

layers {  name: "fc8"  type: INNER_PRODUCT  blobs_lr: 1          # learning rate multiplier for the filters  blobs_lr: 2          # learning rate multiplier for the biases  weight_decay: 1      # weight decay multiplier for the filters  weight_decay: 0      # weight decay multiplier for the biases  inner_product_param {    num_output: 1000    weight_filler {      type: "gaussian"      std: 0.01    }    bias_filler {      type: "constant"      value: 0    }  }  bottom: "fc7"  top: "fc8"}

必要参数：

num_output (c_o)：过滤器的个数

可选参数：

weight_filler [default type: 'constant' value:0]：参数的初始化方法

bias_filler：偏置的初始化方法

bias_term [default true]：指定是否是否开启偏置项

通过全连接层后的大小变化：

输入：n * c_i * h_i * w_i

输出：n * c_o * 1 *1

5.2 Splitting

类型：SPLIT

Splitting层可以把一个输入blob分离成多个输出blobs。这个用在当需要把一个blob输入到多个输出层的时候。

5.3 Flattening

类型：FLATTEN

Flattening是把一个输入的大小为n * c * h * w变成一个简单的向量，其大小为 n * (c*h*w) * 1 *1。

5.4 Concatenation

类型：CONCAT

例子：

layers {  name: "concat"  bottom: "in1"  bottom: "in2"  top: "out"  type: CONCAT  concat_param {    concat_dim: 1  }}

可选参数：

concat_dim [default1]：0代表链接num，1代表链接channels

通过全连接层后的大小变化：

输入：从1到K的每一个blob的大小n_i * c_i * h * w

输出：

如果concat_dim = 0: (n_1 + n_2 + ... + n_K) *c_1 * h *w，需要保证所有输入的c_i 相同。

如果concat_dim = 1: n_1 * (c_1 + c_2 + ... +c_K) * h *w，需要保证所有输入的n_i 相同。

通过Concatenation层，可以把多个的blobs链接成一个blob。

5.5 Slicing

The SLICE layer is a utility layer that slices an input layer tomultiple output layers along a given dimension (currently num orchannel only) with given slice indices.

5.6 Elementwise Operations

类型：ELTWISE

5.7 Argmax

类型：ARGMAX

5.8 Softmax

类型：SOFTMAX

5.9 Mean-Variance Normalization

类型：MVN

6. 参考

Caffe