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代码收藏家技术教程 2022-07-25

Yolov5如何更换激活函数？

Yolo v5如何更换激活函数？

更新日志：2022/5/8日添加了Conv(nn.Module)代码块，对如何更换激活函数做了更加详细的说明

前些天发现了一个巨牛的人工智能学习网站，通俗易懂，风趣幽默，忍不住分享一下给大家。点击跳转到网站。

文章目录

Yolo v5如何更换激活函数？

1.1 激活函数更换方法🍀

1.2 激活函数介绍💡（持续更新中，以后会放上最新paper的复现结果）

1.2.1 SiLU

1.2.2 Hardswish

1.2.3 Mish

1.2.4 MemoryEfficientMish

1.2.5 FReLU

1.2.6 AconC

1.2.7 MetaAconC

1.1 激活函数更换方法🍀

（1）找到activations.py，激活函数代码写在了activations.py 文件里.

打开后就可以看到很多种写好的激活函数

（2）如果要进行修改可以去common.py文件里修改

这里很多卷积组都涉及到了激活函数（似乎就这俩涉及到了），所以改的时候要全面。

🍀看到了大家的评论了，我之前没说清楚，我现在放上完整的代码；顺便说一下我github上的项目，里面有很多改进Yolov5的实验结果，大家可以关注一下，项目地址🚀：Yolov5_Magic

class Conv(nn.Module):
    # Standard convolution
    def __init__(self, c1, c2, k=1, s=1, p=None, g=1, act=True):  # ch_in, ch_out, kernel, stride, padding, groups
        super().__init__()
        self.conv = nn.Conv2d(c1, c2, k, s, autopad(k, p), groups=g, bias=False)
        self.bn = nn.BatchNorm2d(c2)
        #self.act = nn.SiLU() if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())
        # self.act = nn.Identity() if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())
        # self.act = nn.Tanh() if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())
        # self.act = nn.Sigmoid() if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())
        # self.act = nn.ReLU() if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())
        # self.act = nn.LeakyReLU(0.1) if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())
        # self.act = nn.Hardswish() if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())
        # self.act = nn.SiLU() if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())
        # self.act = Mish() if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())
        # self.act = FReLU(c2) if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())
        # self.act = AconC(c2) if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())
        self.act = MetaAconC(c2) if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())
        # self.act = SiLU_beta(c2) if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())
        #self.act = FReLU_noBN_biasFalse(c2) if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())
        # self.act = FReLU_noBN_biasTrue(c2) if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())
    def forward(self, x):
        return self.act(self.bn(self.conv(x)))

    def forward_fuse(self, x):
        return self.act(self.conv(x))

BotteleneckCSP我没尝试过改进，大家如果改进成功可以评论一下

下面放上一些效果比较好的激活函数及图像

1.2 激活函数介绍💡（持续更新中，以后会放上最新paper的复现结果）

1.2.1 SiLU

SiLU优点：

无上界（避免过拟合）
有下界（产生更强的正则化效果）
平滑（处处可导更容易训练）
x<0具有非单调性（对分布有重要意义这点也是Swish和ReLU的最大区别）

# SiLU https://arxiv.org/pdf/1606.08415.pdf 
class SiLU(nn.Module):  # export-friendly version of nn.SiLU()
    @staticmethod
    def forward(x):
        return x * torch.sigmoid(x)

1.2.2 Hardswish

class Hardswish(nn.Module):  # export-friendly version of nn.Hardswish()
    @staticmethod
    def forward(x):
        # return x * F.hardsigmoid(x)  # for TorchScript and CoreML
        return x * F.hardtanh(x + 3, 0.0, 6.0) / 6.0  # for TorchScript, CoreML and ONNX

1.2.3 Mish

Mish特点：

1.无上界，非饱和，避免了因饱和而导致梯度为0（梯度消失/梯度爆炸），进而导致训练速度大大下降；
2.有下界，在负半轴有较小的权重，可以防止ReLU函数出现的神经元坏死现象；同时可以产生更强的正则化效果；
3.自身本就具有自正则化效果（公式可以推导），可以使梯度和函数本身更加平滑(Smooth)，且是每个点几乎都是平滑的，这就更容易优化而且也可以更好的泛化。随着网络越深，信息可以更深入的流动。
4.x<0，保留了少量的负信息，避免了ReLU的Dying ReLU现象，这有利于更好的表达和信息流动。
5.连续可微，避免奇异点
6.非单调

# Mish https://github.com/digantamisra98/Mish 
class Mish(nn.Module):
    @staticmethod
    def forward(x):
        return x * F.softplus(x).tanh()

1.2.4 MemoryEfficientMish

一种高效的Mish激活函数不采用自动求导(自己写前向传播和反向传播) 更高效，Mish的升级版

class MemoryEfficientMish(nn.Module):
    class F(torch.autograd.Function):
        @staticmethod
        def forward(ctx, x):
            ctx.save_for_backward(x)
            return x.mul(torch.tanh(F.softplus(x)))  # x * tanh(ln(1 + exp(x)))

        @staticmethod
        def backward(ctx, grad_output):
            x = ctx.saved_tensors[0]
            sx = torch.sigmoid(x)
            fx = F.softplus(x).tanh()
            return grad_output * (fx + x * sx * (1 - fx * fx))

    def forward(self, x):
        return self.F.apply(x)

1.2.5 FReLU

FReLU（Funnel ReLU 漏斗ReLU）非线性激活函数，在只增加一点点的计算负担的情况下，将ReLU和PReLU扩展成2D激活函数。具体的做法是将max()函数内的条件部分（原先ReLU的x<0部分）换成了2D的漏斗条件（代码是通过DepthWise Separable Conv + BN 实现的），解决了激活函数中的空间不敏感问题，使规则（普通）的卷积也具备捕获复杂的视觉布局能力，使模型具备像素级建模的能力。

# FReLU https://arxiv.org/abs/2007.11824
class FReLU(nn.Module):
    def __init__(self, c1, k=3):  # ch_in, kernel
        super().__init__()
        self.conv = nn.Conv2d(c1, c1, k, 1, 1, groups=c1, bias=False)
        self.bn = nn.BatchNorm2d(c1)

    def forward(self, x):
        return torch.max(x, self.bn(self.conv(x)))

1.2.6 AconC

这是2021年新出的一个激活函数，先从ReLU函数出发，采用Smoth maximum近似平滑公式证明了Swish就是ReLU函数的近似平滑表示，这也算提出一种新颖的Swish函数解释（Swish不再是一个黑盒）。之后进一步分析ReLU的一般形式Maxout系列激活函数，再次利用Smoth maximum将Maxout系列扩展得到简单且有效的ACON系列激活函数：ACON-A、ACON-B、ACON-C。最终提出meta-ACON，动态的学习（自适应）激活函数的线性/非线性，显著提高了表现。
细节请看这位大佬的文章

class AconC(nn.Module):
    r""" ACON activation (activate or not).
    AconC: (p1*x-p2*x) * sigmoid(beta*(p1*x-p2*x)) + p2*x, beta is a learnable parameter
    according to "Activate or Not: Learning Customized Activation" <https://arxiv.org/pdf/2009.04759.pdf>.
    """

    def __init__(self, c1):
        super().__init__()
        self.p1 = nn.Parameter(torch.randn(1, c1, 1, 1))
        self.p2 = nn.Parameter(torch.randn(1, c1, 1, 1))
        self.beta = nn.Parameter(torch.ones(1, c1, 1, 1))

    def forward(self, x):
        dpx = (self.p1 - self.p2) * x
        return dpx * torch.sigmoid(self.beta * dpx) + self.p2 * x

1.2.7 MetaAconC

上面那个的不同版本

class MetaAconC(nn.Module):
    r""" ACON activation (activate or not).
    MetaAconC: (p1*x-p2*x) * sigmoid(beta*(p1*x-p2*x)) + p2*x, beta is generated by a small network
    according to "Activate or Not: Learning Customized Activation" <https://arxiv.org/pdf/2009.04759.pdf>.
    """

    def __init__(self, c1, k=1, s=1, r=16):  # ch_in, kernel, stride, r
        super().__init__()
        c2 = max(r, c1 // r)
        self.p1 = nn.Parameter(torch.randn(1, c1, 1, 1))
        self.p2 = nn.Parameter(torch.randn(1, c1, 1, 1))
        self.fc1 = nn.Conv2d(c1, c2, k, s, bias=True)
        self.fc2 = nn.Conv2d(c2, c1, k, s, bias=True)
        # self.bn1 = nn.BatchNorm2d(c2)
        # self.bn2 = nn.BatchNorm2d(c1)

    def forward(self, x):
        y = x.mean(dim=2, keepdims=True).mean(dim=3, keepdims=True)
        # batch-size 1 bug/instabilities https://github.com/ultralytics/yolov5/issues/2891
        # beta = torch.sigmoid(self.bn2(self.fc2(self.bn1(self.fc1(y)))))  # bug/unstable
        beta = torch.sigmoid(self.fc2(self.fc1(y)))  # bug patch BN layers removed
        dpx = (self.p1 - self.p2) * x
        return dpx * torch.sigmoid(beta * dpx) + self.p2 * x

最后再放一张常见激活函数的图

前沿paper的激活函数复现持续更新中。。。。

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10.持续更新中

来源：迪菲赫尔曼

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