resnet-50实现代码

以下是 ResNet-50 的实现代码：

import tensorflow as tf

def identity_block(X, f, filters, stage, block):
    """
    实现恒等块
    
    参数：
    X -- 输入的张量，维度为 (m, n_H_prev, n_W_prev, n_C_prev)
    f -- 整数，指定主路径中间的卷积窗口的形状
    filters -- 整数列表，定义了主路径中每层的卷积层的过滤器数量
    stage -- 整数，用于命名层，取决于它们在网络中的位置
    block -- 字符串/整数，用于命名层，取决于它们在网络中的位置
    
    返回：
    X -- 恒等块的输出，维度为：(n_H, n_W, n_C)
    """
    
    # 定义命名规则
    conv_name_base = 'res' + str(stage) + block + '_branch'
    bn_name_base = 'bn' + str(stage) + block + '_branch'
    
    # 获取过滤器
    F1, F2, F3 = filters
    
    # 保存输入数据，将会用于为主路径添加捷径
    X_shortcut = X
    
    # 主路径的第一部分
    X = tf.keras.layers.Conv2D(filters=F1, kernel_size=(1, 1), strides=(1, 1), padding='valid', name=conv_name_base + '2a', kernel_initializer=tf.keras.initializers.glorot_uniform(seed=0))(X)
    X = tf.keras.layers.BatchNormalization(axis=3, name=bn_name_base + '2a')(X)
    X = tf.keras.layers.Activation('relu')(X)
    
    # 主路径的第二部分
    X = tf.keras.layers.Conv2D(filters=F2, kernel_size=(f, f), strides=(1, 1), padding='same', name=conv_name_base + '2b', kernel_initializer=tf.keras.initializers.glorot_uniform(seed=0))(X)
    X = tf.keras.layers.BatchNormalization(axis=3, name=bn_name_base + '2b')(X)
    X = tf.keras.layers.Activation('relu')(X)
    
    # 主路径的第三部分
    X = tf.keras.layers.Conv2D(filters=F3, kernel_size=(1, 1), strides=(1, 1), padding='valid', name=conv_name_base + '2c', kernel_initializer=tf.keras.initializers.glorot_uniform(seed=0))(X)
    X = tf.keras.layers.BatchNormalization(axis=3, name=bn_name_base + '2c')(X)
    
    # 主路径添加捷径
    X = tf.keras.layers.Add()([X, X_shortcut])
    X = tf.keras.layers.Activation('relu')(X)
    
    return X

def convolutional_block(X, f, filters, stage, block, s=2):
    """
    实现卷积块
    
    参数：
    X -- 输入的张量，维度为 (m, n_H_prev, n_W_prev, n_C_prev)
    f -- 整数，指定主路径中间的卷积窗口的形状
    filters -- 整数列表，定义了主路径中每层的卷积层的过滤器数量
    stage -- 整数，用于命名层，取决于它们在网络中的位置
    block -- 字符串/整数，用于命名层，取决于它们在网络中的位置
    s -- 整数，指定要使用的步幅
    
    返回：
    X -- 卷积块的输出，维度为：(n_H, n_W, n_C)
    """
    
    # 定义命名规则
    conv_name_base = 'res' + str(stage) + block + '_branch'
    bn_name_base = 'bn' + str(stage) + block + '_branch'
    
    # 获取过滤器
    F1, F2, F3 = filters
    
    # 保存输入数据，将会用于为主路径添加捷径
    X_shortcut = X
    
    # 主路径的第一部分
    X = tf.keras.layers.Conv2D(filters=F1, kernel_size=(1, 1), strides=(s, s), padding='valid', name=conv_name_base + '2a', kernel_initializer=tf.keras.initializers.glorot_uniform(seed=0))(X)
    X = tf.keras.layers.BatchNormalization(axis=3, name=bn_name_base + '2a')(X)
    X = tf.keras.layers.Activation('relu')(X)
    
    # 主路径的第二部分
    X = tf.keras.layers.Conv2D(filters=F2, kernel_size=(f, f), strides=(1, 1), padding='same', name=conv_name_base + '2b', kernel_initializer=tf.keras.initializers.glorot_uniform(seed=0))(X)
    X = tf.keras.layers.BatchNormalization(axis=3, name=bn_name_base + '2b')(X)
    X = tf.keras.layers.Activation('relu')(X)
    
    # 主路径的第三部分
    X = tf.keras.layers.Conv2D(filters=F3, kernel_size=(1, 1), strides=(1, 1), padding='valid', name=conv_name_base + '2c', kernel_initializer=tf.keras.initializers.glorot_uniform(seed=0))(X)
    X = tf.keras.layers.BatchNormalization(axis=3, name=bn_name_base + '2c')(X)
    
    # 捷径路径
    X_shortcut = tf.keras.layers.Conv2D(filters=F3, kernel_size=(1, 1), strides=(s, s), padding='valid', name=conv_name_base + '1', kernel_initializer=tf.keras.initializers.glorot_uniform(seed=0))(X_shortcut)
    X_shortcut = tf.keras.layers.BatchNormalization(axis=3, name=bn_name_base + '1')(X_shortcut)
    
    # 主路径添加捷径
    X = tf.keras.layers.Add()([X, X_shortcut])
    X = tf.keras.layers.Activation('relu')(X)
    
    return X

def ResNet50(input_shape=(64, 64, 3), classes=6):
    """
    实现 ResNet-50
    
    参数：
    input_shape -- 输入的图像的维度
    classes -- 整数，分类数
    
    返回：
    model -- Keras 模型实例
    """
    
    # 定义输入作为 Keras 张量
    X_input = tf.keras.layers.Input(input_shape)
    
    # 零填充
    X = tf.keras.layers.ZeroPadding2D((3, 3))(X_input)
    
    # 第一阶段
    X = tf.keras.layers.Conv2D(filters=64, kernel_size=(7, 7), strides=(2, 2), name='conv1', kernel_initializer=tf.keras.initializers.glorot_uniform(seed=0))(X)
    X = tf.keras.layers.BatchNormalization(axis=3, name='bn_conv1')(X)
    X = tf.keras.layers.Activation('relu')(X)
    X = tf.keras.layers.MaxPooling2D(pool_size=(3, 3), strides=(2, 2))(X)
    
    # 第二阶段
    X = convolutional_block(X, f=3, filters=[64, 64, 256], stage=2, block='a', s=1)
    X = identity_block(X, 3, [64, 64, 256], stage=2, block='b')
    X = identity_block(X, 3, [64, 64, 256], stage=2, block='c')
    
    # 第三阶段
    X = convolutional_block(X, f=3, filters=[128, 128, 512], stage=3, block='a', s=2)
    X = identity_block(X, 3, [128, 128, 512], stage=3, block='b')
    X = identity_block(X, 3, [128, 128, 512], stage=3, block='c')
    X = identity_block(X, 3, [128, 128, 512], stage=3, block='d')
    
    # 第四阶段
    X = convolutional_block(X, f=3, filters=[256, 256, 1024], stage=4, block='a', s=2)
    X = identity_block(X, 3, [256, 256, 1024], stage=4, block='b')
    X = identity_block(X, 3, [256, 256, 1024], stage=4, block='c')
    X = identity_block(X, 3, [256, 256, 1024], stage=4, block='d')
    X = identity_block(X, 3, [256, 256, 1024], stage=4, block='e')
    X = identity_block(X, 3, [256, 256, 1024], stage=4, block='f')
    
    # 第五阶段
    X = convolutional_block(X, f=3, filters=[512, 512, 2048], stage=5, block='a', s=2)
    X = identity_block(X, 3, [512, 512, 2048], stage=5, block='b')
    X = identity_block(X, 3, [512, 512, 2048], stage=5, block='c')
    
    # 平均池化层
    X = tf.keras.layers.AveragePooling2D(pool_size=(2, 2), padding='same')(X)
    
    # 输出层
    X = tf.keras.layers.Flatten()(X)
    X = tf.keras.layers.Dense(classes, activation='softmax', name='fc' + str(classes), kernel_initializer=tf.keras.initializers.glorot_uniform(seed=0))(X)
    
    # 创建模型
    model = tf.keras.models.Model(inputs=X_input, outputs=X, name='ResNet50')
    
    return model