遷移學習——使用Tensorflow和VGG16預訓模型進行預測

使用Tensorflow和VGG16預訓模型進行預測

from：https://zhuanlan.zhihu.com/p/28997549

 

fast.ai的入門教程中使用了kaggle: dogs vs cats作為例子來讓大家入門Computer Vision。不過並未應用到最近很火的Tensorflow。Keras雖然可以調用Tensorflow作為backend，不過既然可以少走一層直接走Tensorflow，那秉着學習的想法，就直接用Tensorflow來一下把。

聽說工程上普遍的做法並不是從頭開始訓練模型，而是直接用已經訓練完的模型稍加改動（這個過程叫finetune）來達到目的。那么這里就需要用Tensorflow還原出VGG16的模型。這里借鑒了frossard的python代碼和他轉化的權重。架構具體如下：（cs231n有更詳細的介紹）

INPUT: [224x224x3]        memory:  224*224*3=150K   weights: 0
CONV3-64: [224x224x64]  memory:  224*224*64=3.2M   weights: (3*3*3)*64 = 1,728
CONV3-64: [224x224x64]  memory:  224*224*64=3.2M   weights: (3*3*64)*64 = 36,864
POOL2: [112x112x64]  memory:  112*112*64=800K   weights: 0
CONV3-128: [112x112x128]  memory:  112*112*128=1.6M   weights: (3*3*64)*128 = 73,728
CONV3-128: [112x112x128]  memory:  112*112*128=1.6M   weights: (3*3*128)*128 = 147,456
POOL2: [56x56x128]  memory:  56*56*128=400K   weights: 0
CONV3-256: [56x56x256]  memory:  56*56*256=800K   weights: (3*3*128)*256 = 294,912
CONV3-256: [56x56x256]  memory:  56*56*256=800K   weights: (3*3*256)*256 = 589,824
CONV3-256: [56x56x256]  memory:  56*56*256=800K   weights: (3*3*256)*256 = 589,824
POOL2: [28x28x256]  memory:  28*28*256=200K   weights: 0
CONV3-512: [28x28x512]  memory:  28*28*512=400K   weights: (3*3*256)*512 = 1,179,648
CONV3-512: [28x28x512]  memory:  28*28*512=400K   weights: (3*3*512)*512 = 2,359,296
CONV3-512: [28x28x512]  memory:  28*28*512=400K   weights: (3*3*512)*512 = 2,359,296
POOL2: [14x14x512]  memory:  14*14*512=100K   weights: 0
CONV3-512: [14x14x512]  memory:  14*14*512=100K   weights: (3*3*512)*512 = 2,359,296
CONV3-512: [14x14x512]  memory:  14*14*512=100K   weights: (3*3*512)*512 = 2,359,296
CONV3-512: [14x14x512]  memory:  14*14*512=100K   weights: (3*3*512)*512 = 2,359,296
POOL2: [7x7x512]  memory:  7*7*512=25K  weights: 0
FC: [1x1x4096]  memory:  4096  weights: 7*7*512*4096 = 102,760,448
FC: [1x1x4096]  memory:  4096  weights: 4096*4096 = 16,777,216
FC: [1x1x1000]  memory:  1000 weights: 4096*1000 = 4,096,000

具體實現移步VGG16。這里要注意的一點就是最后的輸出是不需要經過Relu的。

預測貓和狗不能照搬這個架構，因為VGG16是用來預測ImageNet上1000個不同種類的。用來預測貓和狗兩種類別，需要在這個架構的基礎上再加一層FC把1000轉化成2個。（也可以把最后一層替換掉，直接輸出成2個）。我還在VGG16之后多加了一層BN，原來VGG16的時候並不存在BN。我也並沒有在每個CONV后面加，因為不想算...

 

 

FC的輸出在訓練的時候使用Cross Entropy損失函數，預測的時候使用Softmax。這樣就可以識別出給定圖片是貓還是狗了。具體代碼移步cats_model.py

我們來看一下效果如何。完整的：Jupyter Notebook

未經過Finetune直接運行VGG16改模型（加上了最后一層FC）的結果（預測非常不准，因為最后一層的權重都是隨機的）。這么做的目的是看一下模型是否能運行，順便看看能蒙對幾個。

 

經過一次迭代，准確率就達到95%了（重復過幾次，這次並不是最高的）。

 

再看一下同樣的圖片預測結果，似乎准確了很多。

Final Thoughts

圖像識別非常有趣，是一個非常有挑戰的領域。