BatchNorm3D

class paddle.nn. BatchNorm3D ( num_features, momentum=0.9, epsilon=1e-05, weight_attr=None, bias_attr=None, data_format='NCDHW', use_global_stats=None, name=None ) [源代码]

构建 BatchNorm3D 类的一个可调用对象，具体用法参照 代码示例。可以处理 4D 的 Tensor，实现了批归一化层（Batch Normalization Layer）的功能，可用作卷积和全连接操作的批归一化函数，根据当前批次数据按通道计算的均值和方差进行归一化。更多详情请参考：Batch Normalization: Accelerating Deep Network Training by Reducing Internal Covariate Shift

当训练时 \(\mu_{\beta}\) 和 \(\sigma_{\beta}^{2}\) 是 minibatch 的统计数据。计算公式如下：

\[\begin{split}\mu_{\beta} &\gets \frac{1}{m} \sum_{i=1}^{m} x_i \quad &// mini-batch-mean \\ \sigma_{\beta}^{2} &\gets \frac{1}{m} \sum_{i=1}^{m}(x_i - \mu_{\beta})^2 \quad &// mini-batch-variance \\\end{split}\]

  • \(x\)：批输入数据

  • \(m\)：当前批次数据的大小

当预测时，track_running_stats = True \(\mu_{\beta}\) 和 \(\sigma_{\beta}^{2}\) 是全局（或运行）统计数据（moving_mean 和 moving_variance），通常来自预先训练好的模型。计算公式如下：

\[\begin{split}moving\_mean = moving\_mean * momentum + \mu_{\beta} * (1. - momentum) \quad &// global mean \\ moving\_variance = moving\_variance * momentum + \sigma_{\beta}^{2} * (1. - momentum) \quad &// global variance \\\end{split}\]

归一化函数公式如下：

\[\begin{split}\hat{x_i} &\gets \frac{x_i - \mu_\beta} {\sqrt{\sigma_{\beta}^{2} + \epsilon}} \quad &// normalize \\ y_i &\gets \gamma \hat{x_i} + \beta \quad &// scale-and-shift \\\end{split}\]

  • \(\epsilon\)：添加较小的值到方差中以防止除零

  • \(\gamma\)：可训练的比例参数

  • \(\beta\)：可训练的偏差参数

参数

  • num_features (int) - 指明输入 Tensor 的通道数量。

  • epsilon (float，可选) - 为了数值稳定加在分母上的值。默认值：1e-05。

  • momentum (float，可选) - 此值用于计算 moving_mean 和 moving_var。默认值：0.9。更新公式如上所示。

  • weight_attr (ParamAttr|bool，可选) - 指定权重参数属性的对象。如果为 False，则表示每个通道的伸缩固定为 1，不可改变。默认值为 None，表示使用默认的权重参数属性。具体用法请参见 ParamAttr 。

  • bias_attr (ParamAttr|bool，可选) - 指定偏置参数属性的对象。如果为 False，则表示每一个通道的偏移固定为 0，不可改变。默认值为 None，表示使用默认的偏置参数属性。具体用法请参见 ParamAttr 。

  • data_format (str，可选) - 指定输入数据格式，数据格式可以为 "NCDHW" 或 "NDHWC"，其中 N 是批大小，C 是通道数，D 是特征深度，H 是特征高度，W 是特征宽度。默认值为 "NCDHW"。

  • use_global_stats (bool|None，可选) – 指示是否使用全局均值和方差。若设置为 False，则使用一个 mini-batch 的统计数据。若设置为 True 时，将使用全局统计数据。若设置为 None，则会在测试阶段使用全局统计数据，在训练阶段使用一个 mini-batch 的统计数据。默认值为 None。

  • name (str，可选) - 具体用法请参见 api_guide_Name，一般无需设置，默认值为 None。

返回

无

形状

  • input：当 data_format 为 "NCDHW" 时，形状为（批大小，通道数，维度，高度，宽度）的 5-D Tensor。当 data_format 为 "NDHWC" 时，形状为（批大小，维度，高度，宽度，通道数）的 5-D Tensor。

  • output：和输入形状一样。

备注

目前训练时设置 track_running_stats 为 False 是无效的，实际还是会按照 True 的方案保存全局均值和方差。之后的版本会修复此问题。

代码示例

>>> import paddle
>>> paddle.seed(100)
>>> x = paddle.rand((2, 1, 2, 2, 3))
>>> batch_norm = paddle.nn.BatchNorm3D(1)
>>> batch_norm_out = batch_norm(x)

>>> print(batch_norm_out)
Tensor(shape=[2, 1, 2, 2, 3], dtype=float32, place=Place(cpu), stop_gradient=False,
[[[[[ 0.28011751, -0.95211101, -1.64757574],
    [ 0.14573872, -0.39522290, -0.76082933]],
   [[-1.01646376,  0.31086648, -1.66019011],
    [ 1.08991623, -0.54664266,  1.53283834]]]],
 [[[[ 1.33958006,  1.71585774, -0.12862551],
    [-0.66051245,  1.32629418, -0.06402326]],
   [[-0.28699064,  0.87359405,  0.42558217],
    [-0.46636176,  1.09858704, -1.55342245]]]]])

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