PyTorch 实现多种 CNN 模型并采用集成方法提升 CIFAR-10 分类性能

在计算机视觉领域，图像分类是一项基础且关键的任务。CIFAR-10 数据集作为入门级图像分类基准，包含 10 类共 60000 张 32×32 彩色图像，常用于验证模型性能。

一、环境准备与模块导入

首先导入 PyTorch 及相关工具库，用于模型构建、数据处理和训练优化：

二、超参数定义

定义训练过程中的关键超参数：

三、多种 CNN 模型定义

我们实现四种 CNN 模型，以下分别解析其结构设计。

1. CNNNet

2. Net

3. LeNet

4. VGG

四、CIFAR-10 数据加载与预处理

加载 CIFAR-10 并进行预处理，训练集采用数据增强提升泛化能力：

五、模型集成：投票机制

模型集成通过结合多个模型的预测结果提升性能，本文采用投票机制（多数表决）：对每个样本，收集所有模型的预测类别，选择得票最多的类别作为最终预测。

六、实验结果与分析

单个简单模型（如 CNNNet、LeNet）在 CIFAR-10 上的准确率通常在 50%-60% 区间。

 模型集成（投票机制）可有效提升准确率，通常比单个模型高 5%-10%，这是因为不同模型的预测误差具有互补性。

VGG 等深层模型单独训练也能取得较好性能（迭代多次后可达 70% 以上），与集成方法结合后性能可进一步突破。

七、总结与展望

本文基于 PyTorch 实现了多种 CNN 模型，并通过投票机制的模型集成方法提升了 CIFAR-10 图像分类性能。模型集成利用多模型的互补性，是提升泛化能力的有效手段。

未来可进一步探索：

尝试 ResNet、DenseNet 等更多模型的集成。

采用加权投票、堆叠泛化等更复杂的集成策略。

结合迁移学习提升小数据集上的模型性能。