CNN 经典模型：VGGNet_深度卷积神经网络经典模型--vgg网络(卷积层、池化层、全连接层)实验目的

VGG模型是一个深度卷积神经网络，用于对图像进行分类和识别。它由英国牛津大学的研究人员所开发，是ImageNet竞赛中最重要的网络之一。VGG模型有多个版本，其中最常用的是VGG16和VGG19。这些模型具有深度和复杂的结构，可以处理复杂的视觉数据，准确性较高。学习VGG模型需要了解卷积神经网络的基础知识，例如卷积、池化和全连接层。

Simonyan, Karen, and Andrew Zisserman. “Very deep convolutional networks for large-scale image recognition.” arXiv preprint arXiv:1409.1556 (2014).

论文下载地址：https://arxiv.org/pdf/1409.1556.pdf

模型
由图可以看到，VGG由5层卷积层、3层全连接层、softmax输出层构成，层与层之间使用max-pooling（最大化池）分开，所有隐层的激活单元都采用ReLU函数。vgg的输入2242243大小的彩色图像，图像经过一系列卷积层处理，在卷积层中使用了非常小的33(图中用conv3表示)卷积核，在有些卷积层里则使用了11(图中用conv1表示)的卷积核。

VGGNet 可以看成是加深版本的 AlexNet，都是由卷积层、全连接层两大部分构成。

1、结构简洁
VGG 由 5 层卷积层、3 层全连接层、softmax 输出层构成，层与层之间使用 max-pooling（最大化池）分开，所有隐层的激活单元都采用 ReLU 函数。
2、小卷积核和多卷积子层
VGG 使用多个较小卷积核（3x3）的卷积层代替一个卷积核较大的卷积层，一方面可以减少参数，另一方面相当于进行了更多的非线性映射，可以增加网络的拟合 / 表达能力。
小卷积核是 VGG 的一个重要特点，虽然 VGG 是在模仿 AlexNet 的网络结构，但没有采用 AlexNet 中比较大的卷积核尺寸（如 7x7），而是通过降低卷积核的大小（3x3），增加卷积子层数来达到同样的性能（VGG：从 1 到 4 卷积子层，AlexNet：1 子层）。
VGG 的作者认为两个 3x3 的卷积堆叠获得的感受野大小，相当一个 5x5 的卷积；而 3 个 3x3 卷积的堆叠获取到的感受野相当于一个 7x7 的卷积。这样可以增加非线性映射，也能很好地减少参数（例如 7x7 的参数为 49 个，而 3 个 3x3 的参数为 27），如下图所示：

3、小池化核
相比 AlexNet 的 3x3 的池化核，VGG 全部采用 2x2 的池化核。
4、通道数多
VGG 网络第一层的通道数为 64，后面每层都进行了翻倍，最多到 512 个通道，通道数的增加，使得更多的信息可以被提取出来。
5、层数更深、特征图更宽
由于卷积核专注于扩大通道数、池化专注于缩小宽和高，使得模型架构上更深更宽的同时，控制了计算量的增加规模。
6、全连接转卷积（测试阶段）
这也是 VGG 的一个特点，在网络测试阶段将训练阶段的三个全连接替换为三个卷积，使得测试得到的全卷积网络因为没有全连接的限制，因而可以接收任意宽或高为的输入，这在测试阶段很重要。
如本节第一个图所示，输入图像是 224x224x3，如果后面三个层都是全连接，那么在测试阶段就只能将测试的图像全部都要缩放大小到 224x224x3，才能符合后面全连接层的输入数量要求，这样就不便于测试工作的开展。
而 “全连接转卷积”，替换过程如下：