1.FrameWork of Caffe

Caffe是一种编程框架,内部提供了一套编程机制,或者说一个模板框架,用以实现GPU并行架构下的机器学习,DeepLearing等算法,能在性能上大幅度提升,相比较

A. Krizhevsky, I. Sutskever, and G. Hinton. ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural NetworksAdvances in Neural Information Processing Systems, 2012.中的Highperformance convnet而言,对网络的结构具有更高的灵活性,毕竟是一个编程框架,并不是一个实现好的工程,我们可以按照框架定义各种各样的卷积神经网络的结构

2.Caffe的三大不可更改的基本组成结构

caffe具有三个基本都是额原子结构,顾名思义,原子结构就是说不能随意更改,caffe的编程框架就是在这三个原子下实现,它们分别是:Blobs, Layers, and Nets

  • Blob

Blob就是一个包装器,在caffe这个流程中,所有的数据都要被包装成blob格式。然后在caffe的架构下进行编程和处理,这点事我们不能随意更改的,因为caffe本身提供了很多已经设计好的函数和类,我们随意更改数据包转器就等于没法再使用其中的函数,你就没法再Caffe的框架下设计深度神经网络。

blob的格式就是(Number,Channel,Height,Width)将数据按照四元组的方式存储,这里由于是处理的图像数据,所以后面三维代表图像的数据格式,Channel代表图像的通道数,如灰度图是1通道,Channel=1,RGB图像是3通道,Channel=3,Height和Width分别是图像的长宽。至于Number则代表Batch,由于内存有限,所以我们进行训练的时候我们只能分批进行,这里还为每个batch设置了一个标识号,后面会看到我们使用随机梯度下降算法(Schocastic gredient descent,SGD)对模型进行训练,其中就是要使用到Batch,blob不仅仅只用来保存深度网路进行前向过程时的数据,还用来保存在后向求梯度过程时的提梯度数据

具体使用方式:

const Dtype* cpu_data() const;
Dtype* mutable_cpu_data(); 上面两中格式分别表示数据的固态模式和和自由模式,blob具有CPU的数据保存和GPU的数据保存,同时blob将数据在CPU和GPU之间的交换封装起来了, 并进行了同步处理,因此我们不需要理会数据在GPU和CPU之间的交互。
  • layer

    

Layer computation and connections,层是组成网络结构的单位,

层接受下层的数据输出作为输入,通过内部的运算输出,这是卷积神经网络的内容这里不再详细介绍,主要说下Caffe中定义的层的结构的使用和编程方法

A layer takes input through bottom connections and makes output through top connections.

Each layer type defines three critical computations: setupforward, and backward.

  • Setup: initialize the layer and its connections once at model initialization.
  • Forward: given input from bottom compute the output and send to the top.
  • Backward: given the gradient w.r.t. the top output compute the gradient w.r.t. to the input and send to the bottom. A layer with parameters computes the gradient w.r.t. to its parameters and stores it internally.

以上是官网中对Caffe中网络层的使用定义,和一般的深度学习库类似,,都有三个步骤,1:建立层,包括建立连接关系初始化其中一些变量。2:前向计算过程,接受输入数据并计算出输出,3:后向过程,进行反向梯度的计算,并把梯度保存在层结构中

  • Net definition

网络是由层组成的,定义了输入输出,网络各层,就定义了一个网络,官网说法:The net is a set of layers connected in a computation graph – a directed acyclic graph (DAG) to be exact,举一个回归网络的定义:

定义代码如下:

name: "LogReg"
layers {
name: "mnist"
type: DATA
top: "data"
top: "label"
data_param {
source: "input_leveldb"
batch_size: 64
}
}
layers {
name: "ip"
type: INNER_PRODUCT
bottom: "data"
top: "ip"
inner_product_param {
num_output: 2
}
}
layers {
name: "loss"
type: SOFTMAX_LOSS
bottom: "ip"
bottom: "label"
top: "loss"
}
实际上,代码只有三层,输入,中间层,输出层,这是一种最基本的单隐层的网络。我们可以使用 Net::Init()对定义的网络进行初始化和检查,初始化包括对一些变量权值初始化,,检查包括对网络的结构的正确性进行检查,因为涉及到网络的上下层连接 关系的匹配和耦合连接 

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