全連線層的作用 手擼ANN之 全連線層的實現

2021-10-12 09:20:42 字數 1877 閱讀 6419

全連線層是mlp的重要組成部分。其前向傳播的計算過程為:

其中,

為全連線層第

層的輸入,是乙個

的矩陣,其中

和 分別為乙個batch的樣本個數和上一層的節點數;

和 為權重和偏置,其中權重為

的矩陣,偏置為乙個

的向量,其中

為下一層的節點數。

對於第

層,其反向傳播的過程分為求權重與偏置的偏導(誤差)和求該層的誤差,權重與偏置的偏導即求損失對其的梯度用以進行網路的引數更新,而第

層的誤差是為了將誤差傳給前一層,以進行反向傳播。

對於第

層,其權重與偏置的偏導:

其中,

為網路的總層數,

為第 層的輸出,因而

為損失對第

層輸出的誤差。由於全連線網路的層與層之間是串聯的結構,因此第

層的輸出與第

層的輸入相同,即

。因此在反向傳播中,對於第

層來說,只需要獲取第

層傳來的誤差

,並計算當前層的權重與偏置的偏導即可獲得該層引數的梯度了。

由於 ,因此

。下面是全連線層fullconnectionlayer類的標頭檔案。

#ifndef fullconnection_layer_h_

#define fullconnection_layer_h_

#include "operator.hpp"

namespace mario

fc;}

#endif //fullconnection_layer_h_

fullconnectionlayer類的資料成員包括輸入輸出m_in、m_out,權重m_w、偏置m_b及其梯度m_dw、m_db,該層的誤差m_x。成員函式包括前向傳播forward(),反向傳播求梯度backward(),更新權重與偏置update(),還可以檢視權重和偏置getw()、getb()。

下面重點記錄一下前向與反向傳播的部分,首先是前向傳播forward()。

const matrix& fullconnectionlayer::forward(const matrix&_lastout)

m_in.release();

m_out.release();

m_in = _lastout;

m_out = m_in*m_w + m_b;

return m_out;

}

接下來是反向傳播。

const matrix& fullconnectionlayer::backward(const matrix &_nextderr)

m_dw.release();

m_db.release();

m_dx.release();

m_dw = m_in.t()*_nextderr / m_in.rows();

m_db = _nextderr.meanbycol();

m_dx = _nextderr*m_w.t();

return m_dx;

}

最後利用求得的梯度更新引數。

void fullconnectionlayer::update(const double &_learningrate)

至此,fullconnectionlayer的主要成員函式記錄完畢了 。

接下來是損失函式的介紹和如何利用這些資料和單個的層,連線成一整個網路,並進行前向與反向傳播。

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