一. 本文的內容包括：
1. Batch Normalization，其論文：https://arxiv.org/pdf/1502.03167.pdf
2. Layer Normalizaiton，其論文：https://arxiv.org/pdf/1607.06450v1.pdf
3. Instance Normalization，其論文：https://arxiv.org/pdf/1607.08022.pdf
4. Group Normalization，其論文：https://arxiv.org/pdf/1803.08494.pdf
5. Switchable Normalization，其論文：https://arxiv.org/pdf/1806.10779.pdf
二. 介紹
在介紹各個算法之前，我們先引進一個問題：爲什麼要做歸一化處理？
神經網絡學習過程的本質就是爲了學習數據分佈，如果我們沒有做歸一化處理，那麼每一批次訓練數據的分佈不一樣，從大的方向上看，神經網絡則需要在這多個分佈中找到平衡點，從小的方向上看，由於每層網絡輸入數據分佈在不斷變化，這也會導致每層網絡在找平衡點，顯然，神經網絡就很難收斂了。當然，如果我們只是對輸入的數據進行歸一化處理（比如將輸入的圖像除以255，將其歸到0到1之間），只能保證輸入層數據分佈是一樣的，並不能保證每層網絡輸入數據分佈是一樣的，所以也需要在神經網絡的中間層加入歸一化處理。
BN、LN、IN和GN這四個歸一化的計算流程幾乎是一樣的，可以分爲四步：
1.計算出均值
2.計算出方差
3.歸一化處理到均值爲0，方差爲1
4.變化重構，恢復出這一層網絡所要學到的分佈
訓練的時候，是根據輸入的每一批數據來計算均值和方差，那麼測試的時候，平均值和方差是怎麼來的？
對於均值來說直接計算所有訓練時batch 均值的平均值；然後對於標準偏差採用每個batch 方差的無偏估計
接下來，我們先用一個示意圖來形象的表現BN、LN、IN和GN的區別（圖片來自於GN這一篇論文），在輸入圖片的維度爲（NCHW）中，HW是被合成一個維度，這個是方便畫出示意圖，C和N各佔一個維度
Batch Normalization：
1.BN的計算就是把每個通道的NHW單獨拿出來歸一化處理
2.針對每個channel我們都有一組γ,β，所以可學習的參數爲2*C
3.當batch size越小，BN的表現效果也越不好，因爲計算過程中所得到的均值和方差不能代表全局
Layer Normalizaiton：
1.LN的計算就是把每個CHW單獨拿出來歸一化處理，不受batchsize 的影響
2.常用在RNN網絡，但如果輸入的特徵區別很大，那麼就不建議使用它做歸一化處理
Instance Normalization
1.IN的計算就是把每個HW單獨拿出來歸一化處理，不受通道和batchsize 的影響
2.常用在風格化遷移，但如果特徵圖可以用到通道之間的相關性，那麼就不建議使用它做歸一化處理
Group Normalizatio
1.GN的計算就是把先把通道C分成G組，然後把每個gHW單獨拿出來歸一化處理，最後把G組歸一化之後的數據合併成CHW
2.GN介於LN和IN之間，當然可以說LN和IN就是GN的特列，比如G的大小爲1或者爲C
Switchable Normalization
1.將 BN、LN、IN 結合，賦予權重，讓網絡自己去學習歸一化層應該使用什麼方法
2.集萬千寵愛於一身，但訓練複雜