
从 degradation problem、残差公式与 shortcut 数据流出发,读懂 ResNet 为什么先修复深层网络的可优化性,再让深度带来准确率收益。
H(x),输入是 x。普通堆叠层直接学习 H(x);ResNet 把它改写成:F(x) = H(x) - xH(x) = F(x) + xF(x) 叫 residual mapping,即「相对于输入还差多少」。这里的改变不是把目标函数换成了另一个任务,模型最后仍要得到 H(x);改变的是参数化方式。若理想映射接近恒等映射,那么让多层非线性网络直接学会「原样传递」并不容易,而让残差分支把自己的输出压到接近 0,通常是更直接的路径。论文把这看作一种 preconditioning:先给优化器一个恒等的基准,再学习对它的修正。4y = F(x, {W_i}) + xF 由若干带权重的层组成,{W_i} 是这些层的参数。以论文的两层示例为例,主分支可以读成 F(x) = W₂ σ(W₁x);shortcut 分支直接把 x 传到相加节点。恒等 shortcut 不引入新参数,也只增加几乎可以忽略的逐元素相加,因此可以把 plain 和 residual 网络放在相同深度、宽度、参数量与计算量下比较。5L,对输入求导得到:∂L/∂x = ∂L/∂y · (I + ∂F/∂x)I 来自 shortcut。它不意味着梯度永远不会变小,也不意味着残差分支没有梯度;它只说明,反向信号有一条不必穿过全部非线性层的直接项。论文的实验支持这条路径有助于优化,但没有声称单凭这条式子就能预测所有网络的训练行为。
F(x),shortcut 直接传递 x,两者逐元素相加后再经过 ReLU。6x 经过两层带权重的卷积或全连接变换,中间使用 ReLU,得到 F(x)。它不必独自承担「从零构造完整表示」的任务,而只需表示相对于输入的新信息。x 传到相加节点。它是恒等函数,不是一个额外的预测器。F(x)+x。如果某个残差分支暂时接近 0,块的输出就接近输入,深层网络因此可以从一串近似恒等变换开始。y。这一步属于块的激活顺序,不能把 shortcut 图误读成「输入绕过整个网络后直接成为最终分类结果」。x 和 F(x) 的通道数、空间尺寸一致,才能直接相加。改变特征图尺寸时,论文使用带参数的 projection shortcut:y = F(x, {W_i}) + W_s xW_s 的作用是把 shortcut 的形状投影到主分支的形状。论文比较了三种做法:只在升维处使用投影、升维时用零填充,以及所有 shortcut 都使用投影。三者都比 plain 网络好;差距不大,说明 projection 不是解决 degradation 的必要条件。ResNet-50/101/152 的 bottleneck 结构仍主要使用恒等 shortcut,只有需要改变维度时才投影。7| 模型 | top-1 error | top-5 error | 读法 |
|---|---|---|---|
| plain-18 | 27.94% 9 | 未在 Table 2 报告 | 18 层 plain 基线 |
| ResNet-18 | 27.88% 9 | 未在 Table 2 报告 | 与 plain-18 接近,但收敛更快 |
| plain-34 | 28.54% 9 | 10.02% 10 | 比 plain-18 的 top-1 更差 |
| ResNet-34 | 25.03% 9 | 7.76% 10 | 同样 34 层,却比 plain-34 低 3.51 个 top-1 百分点 |
| 模型 | top-1 error | top-5 error | 计算量 |
|---|---|---|---|
| ResNet-50 | 22.85% 10 | 6.71% 10 | 3.8B FLOPs 11 |
| ResNet-101 | 21.75% 10 | 6.05% 10 | 7.6B FLOPs 11 |
| ResNet-152 | 21.43% 10 | 5.71% 10 | 11.3B FLOPs 11 |
mAP@[.5,.95] 从 21.2% 提高到 27.2%,增加 6.0 个百分点,论文把它表述为相对提升 28%。这个对照把收益归到更好的视觉表示,而不是更换检测器。它仍只说明在这组数据和设置下的迁移,不能推出残差网络在所有视觉任务上都领先。14H(x)-x,还是把「残差」只当作一个名字?公式中是否真的存在一个稳定的基准路径?ar5iv.labs.arxiv.org
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