<>1. 简介

本文主要介绍基于chatGPT,设计一个针对骁龙855芯片设计的友好型神经网络。

提问->跑通总共花了5min左右,最终得到的网络在Cifar100数据集上与ResNet18的精度对比如下。

模型flopsparamstrain acc1/5test acc1/5
ResNet18(timm)1.8211.18~98%/100%63.11%/86.11%
CNN-GPT1.516.66~98%/100%68.44%/89.14%
此外,GPT生成的模型训练速度更快,ResNet18才训练170个epoch,CNN-GPT已经完整地训练完了,具体的模型结构在文末,欢迎尝试使用~

个人认为比较有意思的一点是,GPT生成的模型并没有在stem
block中就进行降采样,而是卷了一会之后才开始,这个与之前在文本任务中的经验结果类似,特征图越大,会避免信息损失。
基于chatGPT生成模型结构的方式或许在某些情况下可以解决我们的问题,但是基础的神经网络知识还是需要的,否则它给出的答案有些小bug,我们也不知道怎么修改。

模型训练结果与超参设置强相关,在这里仅设置默认的训练策略作为对比,根据训练结果看出,两个模型均过拟合严重。而且,不管是ResNet18或者CNN-GPT,均与Cifar100数据集的SOTA精度相差很远,此处需要注意。

<>2. 具体步骤

<>Step1 骁龙855芯片上可以正常运行的算子

基于上述问题,chatGPT给出的回答如下所示。
以下是在骁龙855芯片上比较友好的神经网络算子: 1. Conv2d 2. Depthwise Conv2d 3. Maxpool2d 4.
Avgpool2d 5. BatchNorm2d 6. ReLU 7. Flatten 8. Linear
整体看起来还算比较靠谱。

<>Step2 构建一个模型大小在10M左右的模型

针对上面的问题,chatGPT首先给出了思路。
如果想设计一个在骁龙855芯片上运行速度很快,模型大小在10M以内的模型,可以考虑使用以下方法来进行优化: 1.
使用深度可分离卷积代替标准卷积,以获得更快的速度和更小的模型尺寸。 2. 使用深度方向的滤波器来替换全连接层,以减少参数数量并减少内存使用。 3.
对于每个卷积层,使用Batch Norm层来加速收敛。 4. 使用ReLU代替传统的Sigmoid或Tanh激活函数,因为ReLU的计算效率更高。
然后给出了一个模型示例。
以下是一个可以作为参考的模型: Conv2d(3, 32, kernel_size=3, stride=1, padding=1) BatchNorm2d(
32) ReLU() DepthwiseConv2d(32, kernel_size=3, stride=1, padding=1) BatchNorm2d(
32) ReLU() Conv2d(32, 64, kernel_size=3, stride=2, padding=1) BatchNorm2d(64)
ReLU() DepthwiseConv2d(64, kernel_size=3, stride=1, padding=1) BatchNorm2d(64)
ReLU() Conv2d(64, 128, kernel_size=3, stride=2, padding=1) BatchNorm2d(128) ReLU
() DepthwiseConv2d(128, kernel_size=3, stride=1, padding=1) BatchNorm2d(128)
ReLU() Conv2d(128, 256, kernel_size=3, stride=2, padding=1) BatchNorm2d(256)
ReLU() DepthwiseConv2d(256, kernel_size=3, stride=1, padding=1) BatchNorm2d(256)
ReLU() Conv2d(256, 512, kernel_size=3, stride=2, padding=1) BatchNorm2d(512)
ReLU() DepthwiseConv2d(512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) BatchNorm2d(512)
ReLU() Conv2d(512, 1024, kernel_size=3, stride=2, padding=1) BatchNorm2d(1024)
ReLU() Avgpool2d(kernel_size=4) Flatten() Linear(1024, 10)
上面生成的模型有几个小问题。

* DepthwiseConv2d没有被定义
* DepthwiseConv2d的参数列表中没有out channel的参数,需要手动补充。
<>Step3 生成一个DepthwiseConv2d结构

chatGPT回答如下

以下是一个非常简单的torch的DepthwiseConv2d实现:
import torch.nn as nn class DepthwiseConv2d(nn.Module): def __init__(self,
in_channels, out_channels, kernel_size, stride=1, padding=0, dilation=1, groups=
None): super(DepthwiseConv2d, self).__init__() if groups is None: groups =
in_channels self.depthwise_conv = nn.Conv2d(in_channels, out_channels,
kernel_size, stride, padding, dilation, groups=groups) self.pointwise_conv = nn.
Conv2d(out_channels, out_channels, 1, 1, 0, 1, groups=1) def forward(self, x): x
= self.depthwise_conv(x) x = self.pointwise_conv(x) return x
加入到模型结构定义文件中,同时修改类别数,就可以进行模型训练了。

<>设置训练超参数

为保证对比的公平性,下面是训练过程中的一些超参数,
parser.add_argument("--epoch", type=int, default=240) parser.add_argument(
"--batch_size", type=int, default=64) parser.add_argument("--lr", type=float,
default=0.05) parser.add_argument("--lr_decay_rate", type=float, default=0.1)
parser.add_argument("--lr_decay_stages", type=str, default="150,180,210") parser
.add_argument("--wd", type=float, default=0.0005)
<>3. 完整的模型结构

完整的模型结构如下,也欢迎大家在自己的数据集上尝试。
import torch import torch.nn as nn class DepthwiseConv2d(nn.Module): def
__init__(self, in_channels, out_channels, kernel_size, stride=1, padding=0,
dilation=1, groups=None): super(DepthwiseConv2d, self).__init__() if groups is
None: groups = in_channels self.depthwise_conv = nn.Conv2d(in_channels,
out_channels, kernel_size, stride, padding, dilation, groups=groups) self.
pointwise_conv= nn.Conv2d(out_channels, out_channels, 1, 1, 0, 1, groups=1) def
forward(self, x): x = self.depthwise_conv(x) x = self.pointwise_conv(x) return x
class CNNGPT(nn.Module): def __init__(self) -> None: super().__init__() self.
model= nn.Sequential( nn.Conv2d(3, 32, kernel_size=3, stride=1, padding=1), nn.
BatchNorm2d(32), nn.ReLU(), DepthwiseConv2d(32, 32, kernel_size=3, stride=1,
padding=1), nn.BatchNorm2d(32), nn.ReLU(), nn.Conv2d(32, 64, kernel_size=3,
stride=2, padding=1), nn.BatchNorm2d(64), nn.ReLU(), DepthwiseConv2d(64, 64,
kernel_size=3, stride=1, padding=1), nn.BatchNorm2d(64), nn.ReLU(), nn.Conv2d(64
, 128, kernel_size=3, stride=2, padding=1), nn.BatchNorm2d(128), nn.ReLU(),
DepthwiseConv2d(128, 128, kernel_size=3, stride=1, padding=1), nn.BatchNorm2d(
128), nn.ReLU(), nn.Conv2d(128, 256, kernel_size=3, stride=2, padding=1), nn.
BatchNorm2d(256), nn.ReLU(), DepthwiseConv2d(256, 256, kernel_size=3, stride=1,
padding=1), nn.BatchNorm2d(256), nn.ReLU(), nn.Conv2d(256, 512, kernel_size=3,
stride=2, padding=1), nn.BatchNorm2d(512), nn.ReLU(), DepthwiseConv2d(512, 512,
kernel_size=3, stride=1, padding=1), nn.BatchNorm2d(512), nn.ReLU(), nn.Conv2d(
512, 1024, kernel_size=3, stride=2, padding=1), nn.BatchNorm2d(1024), nn.
AdaptiveAvgPool2d(1), nn.Flatten(), nn.Linear(1024, 100), ) def forward(self, x)
: y = self.model(x) return y def get_flops_params(model): from thop import
profile model.eval() flops, params = profile( model, inputs=[ torch.randn([1, 3,
224, 224]), ], ) print(f"flops: {flops/1000**3} G, params: {params/1000**2} M")
return flops, params if __name__ == "__main__": model = CNNGPT()
get_flops_params(model)

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