手動實現卷積操作

2021-08-21 19:42:17 字數 2254 閱讀 9287

參考部落格

# -*- coding:utf8 -*-

import numpy as np

import time

import timeit

#手動實現卷積操作 假設輸入,核均為正方形,通道數為1,核數量為3,步幅為1,填充為0

x = np.array([[1,2,0],[1,1,3],[0,2,2]])

k = np.array([[[1,1,],[2,2]],[[1,1],[1,1]],[[0,1],[1,0]]])

number =3

kernel_size = 2

# 普通卷積,對應項相乘再求和

def conv_op(bottom,b_size,kernel,kernel_size,number,stride,padding):

top_size = (b_size + 2*padding - kernel_size)/stride+1

top = np.zeros(shape=(number,top_size,top_size))

for c in range(number):#第c個核

for h in range(top_size):#豎直方向第h次擷取圖的部分

for w in range(top_size):#水平方向第w次

# 先滑動視窗取部分圖 依次乘第c個kernel並求和 賦給特徵圖對應位置

這是簡單的方法,將和核轉化為矩陣,進行點積運算。

這裡是3通道3x3的,卷積核有2個,通道數為3,尺寸為2,步幅為1,無填充。

#另一種簡便的方法把卷積操作變成兩個大矩陣的點積

#將輸出圖變成乙個矩陣 每一行表示乙個待卷積的部分圖拉伸後的結果

def conv_op2(bottom,b_size,kernel_size,stride,padding):

top_size = (b_size + 2*padding - kernel_size)/stride+1 #單維度上應該滑動的次數 即特徵圖的尺寸

top = np.zeros(shape=(top_size*top_size,kernel_size*kernel_size))

for h in range(top_size):#豎直方向第h次

for w in range(top_size):#水平方向第w次

#print bottom[h*stride:h*stride+kernel_size,w*stride:w*stride+kernel_size]

t=bottom[h*stride:h*stride+kernel_size,w*stride:w*stride+kernel_size]

top[h*top_size+w]=t.reshape(1,4)

return top

time3 = time.clock()

x = conv_op2(x,3,kernel_size,1,0)

time4 = time.clock()

print '****** convop time:',time4-time3

# 轉化核為乙個矩陣

z=np.zeros(shape=(kernel_size*kernel_size,number))

for i in range(number):

#將第i個核拉伸成(kernel_size*kernel_size,1)形狀 並放入z的第i+1列

z[:,i:i+1] = k[i].reshape(4,1)

#k = np.reshape(k,()

# 點乘

q=np.dot(x,z)

print q.t.reshape(3,2,2) #還原成特徵圖

#輸出執行時間能看出 後者比前者快了10倍

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