Caffe中的网络模型是利用文本protocol buffer（prototxt）语言定义的，学习好的模型会被序列化地存储在二进制protocol buffer（binaryproto）.caffemodel文件中。使用这种方式的一个好处是可用多种语言实现高效的接口，尤其是C++和Python，这也使得Caffe模型有较好的灵活性与扩展性。另外，层和相应的参数都定义在caffe.proto文件中。
Net::Forward()和Net::Backward()方法实现网络的前传和后传；Layer::Foward()和Layer::Backward()计算每一层的前传后传。另外，每一层都有forward_{cpu,gpu}和backward_{cpu,gpu}方法来适应不同的计算模式，但是由于条件限制或者为了使用便利，一个层可能仅实现了CPU或GPU模式。
Solver作为一个优化器，在其优化一个模型时，首先通过调用前传来获得输出和损失，然后调用反传产生模型的梯度，将梯度与全职更新后相结合来最小化损失。Solver、网络和层之间的分工使得Caffe可以模块化并且开源。
Caffe模型的学习被分为两个部分：由Solver进行优化、更新参数；由Net计算出loss和gradient。Caffe支持的solvers包括：Stochastic Gradient Descent（SGD）,AdaDelta，Adaptive Gradient(AdaGrad),Adam,Nesterov's Accelerated Gradient(Nesterov),RMSprop.
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