# ResNet 及其 Vd 系列
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## 目录
- [1. 模型介绍](#1)
- [1.1 模型简介](#1.1)
- [1.2 模型指标](#1.2)
- [1.3 Benchmark](#1.3)
- [1.3.1 基于 V100 GPU 的预测速度](#1.3.1)
- [1.3.2 基于 T4 GPU 的预测速度](#1.3.2)
- [2. 模型快速体验](#2)
- [3. 模型训练、评估和预测](#3)
- [4. 模型推理部署](#4)
- [4.1 推理模型准备](#4.1)
- [4.2 基于 Python 预测引擎推理](#4.2)
- [4.3 基于 C++ 预测引擎推理](#4.3)
- [4.4 服务化部署](#4.4)
- [4.5 端侧部署](#4.5)
- [4.6 Paddle2ONNX 模型转换与预测](#4.6)
## 1. 模型介绍
### 1.1 模型简介
ResNet 系列模型是在 2015 年提出的，一举在 ILSVRC2015 比赛中取得冠军，top5 错误率为 3.57%。该网络创新性的提出了残差结构，通过堆叠多个残差结构从而构建了 ResNet 网络。实验表明使用残差块可以有效地提升收敛速度和精度。
斯坦福大学的 Joyce Xu 将 ResNet 称为「真正重新定义了我们看待神经网络的方式」的三大架构之一。由于 ResNet 卓越的性能，越来越多的来自学术界和工业界学者和工程师对其结构进行了改进，比较出名的有 Wide-ResNet, ResNet-vc,ResNet-vd, Res2Net 等，其中 ResNet-vc 与 ResNet-vd 的参数量和计算量与 ResNet 几乎一致，所以在此我们将其与 ResNet 统一归为 ResNet 系列。
本次发布 ResNet 系列的模型包括 ResNet50，ResNet50_vd，ResNet50_vd_ssld，ResNet200_vd 等 14 个预训练模型。在训练层面上，ResNet 的模型采用了训练 ImageNet 的标准训练流程，而其余改进版模型采用了更多的训练策略，如 learning rate 的下降方式采用了 cosine decay，引入了 label smoothing 的标签正则方式，在数据预处理加入了 mixup 的操作，迭代总轮数从 120 个 epoch 增加到 200 个 epoch。
其中，ResNet50_vd_v2 与 ResNet50_vd_ssld 采用了知识蒸馏，保证模型结构不变的情况下，进一步提升了模型的精度，具体地，ResNet50_vd_v2 的 teacher 模型是 ResNet152_vd（top1 准确率 80.59%），数据选用的是 ImageNet-1k 的训练集，ResNet50_vd_ssld 的 teacher 模型是 ResNeXt101_32x16d_wsl（top1 准确率 84.2%），数据选用结合了 ImageNet-1k 的训练集和 ImageNet-22k 挖掘的 400 万数据。知识蒸馏的具体方法正在持续更新中。
该系列模型的 FLOPS、参数量以及 T4 GPU 上的预测耗时如下图所示。
通过上述曲线可以看出，层数越多，准确率越高，但是相应的参数量、计算量和延时都会增加。ResNet50_vd_ssld 通过用更强的 teacher 和更多的数据，将其在 ImageNet-1k 上的验证集 top-1 精度进一步提高，达到了 82.39%，刷新了 ResNet50 系列模型的精度。
### 1.2 模型指标
| Models | Top1 | Top5 | Reference
top1 | Reference
top5 | FLOPS
(G) | Parameters
(M) |
|:--:|:--:|:--:|:--:|:--:|:--:|:--:|
| ResNet18 | 0.710 | 0.899 | 0.696 | 0.891 | 3.660 | 11.690 |
| ResNet18_vd | 0.723 | 0.908 | | | 4.140 | 11.710 |
| ResNet34 | 0.746 | 0.921 | 0.732 | 0.913 | 7.360 | 21.800 |
| ResNet34_vd | 0.760 | 0.930 | | | 7.390 | 21.820 |
| ResNet34_vd_ssld | 0.797 | 0.949 | | | 7.390 | 21.820 |
| ResNet50 | 0.765 | 0.930 | 0.760 | 0.930 | 8.190 | 25.560 |
| ResNet50_vc | 0.784 | 0.940 | | | 8.670 | 25.580 |
| ResNet50_vd | 0.791 | 0.944 | 0.792 | 0.946 | 8.670 | 25.580 |
| ResNet50_vd_v2 | 0.798 | 0.949 | | | 8.670 | 25.580 |
| ResNet101 | 0.776 | 0.936 | 0.776 | 0.938 | 15.520 | 44.550 |
| ResNet101_vd | 0.802 | 0.950 | | | 16.100 | 44.570 |
| ResNet152 | 0.783 | 0.940 | 0.778 | 0.938 | 23.050 | 60.190 |
| ResNet152_vd | 0.806 | 0.953 | | | 23.530 | 60.210 |
| ResNet200_vd | 0.809 | 0.953 | | | 30.530 | 74.740 |
| ResNet50_vd_ssld | 0.824 | 0.961 | | | 8.670 | 25.580 |
| ResNet50_vd_ssld_v2 | 0.830 | 0.964 | | | 8.670 | 25.580 |
| Fix_ResNet50_vd_ssld_v2 | 0.840 | 0.970 | | | 17.696 | 25.580 |
| ResNet101_vd_ssld | 0.837 | 0.967 | | | 16.100 | 44.570 |
* 注：`ResNet50_vd_ssld_v2` 是在 `ResNet50_vd_ssld` 训练策略的基础上加上 AutoAugment 训练得到，`Fix_ResNet50_vd_ssld_v2` 是固定 `ResNet50_vd_ssld_v2` 除 FC 层外所有的网络参数，在 320x320 的图像输入分辨率下，基于 ImageNet1k 数据集微调得到。
### 1.3 Benchmark
#### 1.3.1 基于 V100 GPU 的预测速度
| Models | Crop Size | Resize Short Size | FP32
Batch Size=1
(ms) | FP32
Batch Size=1\4
(ms) | FP32
Batch Size=8
(ms) |
|------------------|-----------|-------------------|--------------------------|--------------------------|--------------------------|
| ResNet18 | 224 | 256 | 1.22 | 2.19 | 3.63 |
| ResNet18_vd | 224 | 256 | 1.26 | 2.28 | 3.89 |
| ResNet34 | 224 | 256 | 1.97 | 3.25 | 5.70 |
| ResNet34_vd | 224 | 256 | 2.00 | 3.28 | 5.84 |
| ResNet34_vd_ssld | 224 | 256 | 2.00 | 3.26 | 5.85 |
| ResNet50 | 224 | 256 | 2.54 | 4.79 | 7.40 |
| ResNet50_vc | 224 | 256 | 2.57 | 4.83 | 7.52 |
| ResNet50_vd | 224 | 256 | 2.60 | 4.86 | 7.63 |
| ResNet50_vd_v2 | 224 | 256 | 2.59 | 4.86 | 7.59 |
| ResNet101 | 224 | 256 | 4.37 | 8.18 | 12.38 |
| ResNet101_vd | 224 | 256 | 4.43 | 8.25 | 12.60 |
| ResNet152 | 224 | 256 | 6.05 | 11.41 | 17.33 |
| ResNet152_vd | 224 | 256 | 6.11 | 11.51 | 17.59 |
| ResNet200_vd | 224 | 256 | 7.70 | 14.57 | 22.16 |
| ResNet50_vd_ssld | 224 | 256 | 2.59 | 4.87 | 7.62 |
| ResNet101_vd_ssld | 224 | 256 | 4.43 | 8.25 | 12.58 |
#### 1.3.2 基于 T4 GPU 的预测速度
| Models | Crop Size | Resize Short Size | FP16
Batch Size=1
(ms) | FP16
Batch Size=4
(ms) | FP16
Batch Size=8
(ms) | FP32
Batch Size=1
(ms) | FP32
Batch Size=4
(ms) | FP32
Batch Size=8
(ms) |
|-------------------|-----------|-------------------|------------------------------|------------------------------|------------------------------|------------------------------|------------------------------|------------------------------|
| ResNet18 | 224 | 256 | 1.3568 | 2.5225 | 3.61904 | 1.45606 | 3.56305 | 6.28798 |
| ResNet18_vd | 224 | 256 | 1.39593 | 2.69063 | 3.88267 | 1.54557 | 3.85363 | 6.88121 |
| ResNet34 | 224 | 256 | 2.23092 | 4.10205 | 5.54904 | 2.34957 | 5.89821 | 10.73451 |
| ResNet34_vd | 224 | 256 | 2.23992 | 4.22246 | 5.79534 | 2.43427 | 6.22257 | 11.44906 |
| ResNet34_vd_ssld | 224 | 256 | 2.23992 | 4.22246 | 5.79534 | 2.43427 | 6.22257 | 11.44906 |
| ResNet50 | 224 | 256 | 2.63824 | 4.63802 | 7.02444 | 3.47712 | 7.84421 | 13.90633 |
| ResNet50_vc | 224 | 256 | 2.67064 | 4.72372 | 7.17204 | 3.52346 | 8.10725 | 14.45577 |
| ResNet50_vd | 224 | 256 | 2.65164 | 4.84109 | 7.46225 | 3.53131 | 8.09057 | 14.45965 |
| ResNet50_vd_v2 | 224 | 256 | 2.65164 | 4.84109 | 7.46225 | 3.53131 | 8.09057 | 14.45965 |
| ResNet101 | 224 | 256 | 5.04037 | 7.73673 | 10.8936 | 6.07125 | 13.40573 | 24.3597 |
| ResNet101_vd | 224 | 256 | 5.05972 | 7.83685 | 11.34235 | 6.11704 | 13.76222 | 25.11071 |
| ResNet152 | 224 | 256 | 7.28665 | 10.62001 | 14.90317 | 8.50198 | 19.17073 | 35.78384 |
| ResNet152_vd | 224 | 256 | 7.29127 | 10.86137 | 15.32444 | 8.54376 | 19.52157 | 36.64445 |
| ResNet200_vd | 224 | 256 | 9.36026 | 13.5474 | 19.0725 | 10.80619 | 25.01731 | 48.81399 |
| ResNet50_vd_ssld | 224 | 256 | 2.65164 | 4.84109 | 7.46225 | 3.53131 | 8.09057 | 14.45965 |
| ResNet50_vd_ssld_v2 | 224 | 256 | 2.65164 | 4.84109 | 7.46225 | 3.53131 | 8.09057 | 14.45965 |
| Fix_ResNet50_vd_ssld_v2 | 320 | 320 | 3.42818 | 7.51534 | 13.19370 | 5.07696 | 14.64218 | 27.01453 |
| ResNet101_vd_ssld | 224 | 256 | 5.05972 | 7.83685 | 11.34235 | 6.11704 | 13.76222 | 25.11071 |
## 2. 模型快速体验
安装 paddlepaddle 和 paddleclas 即可快速对图片进行预测，体验方法可以参考[ResNet50 模型快速体验](./ResNet.md#2-模型快速体验)。
## 3. 模型训练、评估和预测
此部分内容包括训练环境配置、ImageNet数据的准备、该模型在 ImageNet 上的训练、评估、预测等内容。在 `ppcls/configs/ImageNet/ResNet/` 中提供了该模型的训练配置，启动训练方法可以参考：[ResNet50 模型训练、评估和预测](./ResNet.md#3-模型训练评估和预测)。
## 4. 模型推理部署
### 4.1 推理模型准备
Paddle Inference 是飞桨的原生推理库， 作用于服务器端和云端，提供高性能的推理能力。相比于直接基于预训练模型进行预测，Paddle Inference可使用 MKLDNN、CUDNN、TensorRT 进行预测加速，从而实现更优的推理性能。更多关于Paddle Inference推理引擎的介绍，可以参考[Paddle Inference官网教程](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/zh/guides/infer/inference/inference_cn.html)。
Inference 的获取可以参考 [ResNet50 推理模型准备](./ResNet.md#41-推理模型准备) 。
### 4.2 基于 Python 预测引擎推理
PaddleClas 提供了基于 python 预测引擎推理的示例。您可以参考[ResNet50 基于 Python 预测引擎推理](./ResNet.md#42-基于-python-预测引擎推理) 。
### 4.3 基于 C++ 预测引擎推理
PaddleClas 提供了基于 C++ 预测引擎推理的示例，您可以参考[服务器端 C++ 预测](../inference_deployment/cpp_deploy.md)来完成相应的推理部署。如果您使用的是 Windows 平台，可以参考[基于 Visual Studio 2019 Community CMake 编译指南](../inference_deployment/cpp_deploy_on_windows.md)完成相应的预测库编译和模型预测工作。
### 4.4 服务化部署
Paddle Serving 提供高性能、灵活易用的工业级在线推理服务。Paddle Serving 支持 RESTful、gRPC、bRPC 等多种协议，提供多种异构硬件和多种操作系统环境下推理解决方案。更多关于Paddle Serving 的介绍，可以参考[Paddle Serving 代码仓库](https://github.com/PaddlePaddle/Serving)。
PaddleClas 提供了基于 Paddle Serving 来完成模型服务化部署的示例，您可以参考[模型服务化部署](../inference_deployment/paddle_serving_deploy.md)来完成相应的部署工作。
### 4.5 端侧部署
Paddle Lite 是一个高性能、轻量级、灵活性强且易于扩展的深度学习推理框架，定位于支持包括移动端、嵌入式以及服务器端在内的多硬件平台。更多关于 Paddle Lite 的介绍，可以参考[Paddle Lite 代码仓库](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle-Lite)。
PaddleClas 提供了基于 Paddle Lite 来完成模型端侧部署的示例，您可以参考[端侧部署](../inference_deployment/paddle_lite_deploy.md)来完成相应的部署工作。
### 4.6 Paddle2ONNX 模型转换与预测
Paddle2ONNX 支持将 PaddlePaddle 模型格式转化到 ONNX 模型格式。通过 ONNX 可以完成将 Paddle 模型到多种推理引擎的部署，包括TensorRT/OpenVINO/MNN/TNN/NCNN，以及其它对 ONNX 开源格式进行支持的推理引擎或硬件。更多关于 Paddle2ONNX 的介绍，可以参考[Paddle2ONNX 代码仓库](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle2ONNX)。
PaddleClas 提供了基于 Paddle2ONNX 来完成 inference 模型转换 ONNX 模型并作推理预测的示例，您可以参考[Paddle2ONNX 模型转换与预测](@shuilong)来完成相应的部署工作。