1×1的卷積的作用
阿新 • • 發佈：2019-02-07
1×1的卷積大概有兩個方面的作用吧：
1. 實現跨通道的互動和資訊整合
2. 進行卷積核通道數的降維和升維
下面詳細解釋一下：
1. 這一點孫琳鈞童鞋講的很清楚。1×1的卷積層（可能）引起人們的重視是在NIN的結構中，論文中林敏師兄的想法是利用MLP代替傳統的線性卷積核，從而提高網路的表達能力。文中同時利用了跨通道pooling的角度解釋，認為文中提出的MLP其實等價於在傳統卷積核後面接cccp層，從而實現多個feature map的線性組合，實現跨通道的資訊整合。而cccp層是等價於1×1卷積的，因此細看NIN的caffe實現，就是在每個傳統卷積層後面接了兩個cccp層（其實就是接了兩個1×1的卷積層）。
2. 進行降維和升維引起人們重視的（可能）是在GoogLeNet裡。對於每一個Inception模組（如下圖），原始模組是左圖，右圖中是加入了1×1卷積進行降維的。雖然左圖的卷積核都比較小，但是當輸入和輸出的通道數很大時，乘起來也會使得卷積核引數變的很大，而右圖加入1×1卷積後可以降低輸入的通道數，卷積核引數、運算複雜度也就跟著降下來了。以GoogLeNet的3a模組為例，輸入的feature map是28×28×192，3a模組中1×1卷積通道為64，3×3卷積通道為128,5×5卷積通道為32，如果是左圖結構，那麼卷積核引數為1×1×192×64+3×3×192×128+5×5×192×32，而右圖對3×3和5×5卷積層前分別加入了通道數為96和16的1×1卷積層，這樣卷積核引數就變成了1×1×192×64+（1×1×192×96+3×3×96×128）+（1×1×192×16+5×5×16×32），引數大約減少到原來的三分之一。同時在並行pooling層後面加入1×1卷積層後也可以降低輸出的feature map數量，左圖pooling後feature map是不變的，再加捲積層得到的feature map，會使輸出的feature map擴大到416，如果每個模組都這樣，網路的輸出會越來越大。而右圖在pooling後面加了通道為32的1×1卷積，使得輸出的feature map數降到了256。GoogLeNet利用1×1的卷積降維後，得到了更為緊湊的網路結構，雖然總共有22層，但是引數數量卻只是8層的AlexNet的十二分之一（當然也有很大一部分原因是去掉了全連線層）。
最近大熱的MSRA的ResNet同樣也利用了1×1卷積，並且是在3×3卷積層的前後都使用了，不僅進行了降維，還進行了升維，使得卷積層的輸入和輸出的通道數都減小，引數數量進一步減少，如下圖的結構。（不然真不敢想象152層的網路要怎麼跑起來TAT）
1. 實現跨通道的互動和資訊整合
2. 進行卷積核通道數的降維和升維
下面詳細解釋一下：
1. 這一點孫琳鈞童鞋講的很清楚。1×1的卷積層（可能）引起人們的重視是在NIN的結構中，論文中林敏師兄的想法是利用MLP代替傳統的線性卷積核，從而提高網路的表達能力。文中同時利用了跨通道pooling的角度解釋，認為文中提出的MLP其實等價於在傳統卷積核後面接cccp層，從而實現多個feature map的線性組合，實現跨通道的資訊整合。而cccp層是等價於1×1卷積的，因此細看NIN的caffe實現，就是在每個傳統卷積層後面接了兩個cccp層（其實就是接了兩個1×1的卷積層）。
2. 進行降維和升維引起人們重視的（可能）是在GoogLeNet裡。對於每一個Inception模組（如下圖），原始模組是左圖，右圖中是加入了1×1卷積進行降維的。雖然左圖的卷積核都比較小，但是當輸入和輸出的通道數很大時，乘起來也會使得卷積核引數變的很大，而右圖加入1×1卷積後可以降低輸入的通道數，卷積核引數、運算複雜度也就跟著降下來了。以GoogLeNet的3a模組為例，輸入的feature map是28×28×192，3a模組中1×1卷積通道為64，3×3卷積通道為128,5×5卷積通道為32，如果是左圖結構，那麼卷積核引數為1×1×192×64+3×3×192×128+5×5×192×32，而右圖對3×3和5×5卷積層前分別加入了通道數為96和16的1×1卷積層，這樣卷積核引數就變成了1×1×192×64+（1×1×192×96+3×3×96×128）+（1×1×192×16+5×5×16×32），引數大約減少到原來的三分之一。同時在並行pooling層後面加入1×1卷積層後也可以降低輸出的feature map數量，左圖pooling後feature map是不變的，再加捲積層得到的feature map，會使輸出的feature map擴大到416，如果每個模組都這樣，網路的輸出會越來越大。而右圖在pooling後面加了通道為32的1×1卷積，使得輸出的feature map數降到了256。GoogLeNet利用1×1的卷積降維後，得到了更為緊湊的網路結構，雖然總共有22層，但是引數數量卻只是8層的AlexNet的十二分之一（當然也有很大一部分原因是去掉了全連線層）。
最近大熱的MSRA的ResNet同樣也利用了1×1卷積，並且是在3×3卷積層的前後都使用了，不僅進行了降維，還進行了升維，使得卷積層的輸入和輸出的通道數都減小，引數數量進一步減少，如下圖的結構。（不然真不敢想象152層的網路要怎麼跑起來TAT）