卷積神經網路的理解

2022-08-03 06:06:14 字數 2127 閱讀 2045

cnn中減少引數的2兩個規則:

1、區域性感知。生物學中,視覺皮層的神經元是區域性感知資訊的,只響應某些特定區域的刺激;影象的空間聯絡中,區域性的畫素聯絡較為緊密,距離較遠的畫素相關性較弱。

這個對應於演算法中卷積核的大小,mnist手寫識別在28*28的畫素中取patch為5*5。

上圖中:左邊是全連線,右邊是區域性連線。

2、權值共享。每個神經元對應的引數(權值)都相等。隱含的原理是:影象的一部分的統計特性與其他部分是一樣的。那麼在這一部分學習的特徵也能用在另一部分上,所以對於這個影象上的所有位置,都能使用同樣的學習特徵。

注:卷積可參考數字影象處理中的濾波處理,濾波就是對於大矩陣中的每個畫素, 計算它周圍畫素和濾波器(卷積核)矩陣對應位置元素的乘積, 然後把結果相加到一起, 最終得到的值就作為該畫素的新值, 這樣就完成了一次濾波。該過程也叫卷積,區別在於,影象卷積計算,需要先翻轉卷積核, 也就是繞卷積核中心旋轉180度。

以下**

慣例先展示函式:

tf.nn.conv2d(input, filter, strides, padding, use_cudnn_on_gpu=none, name=none)

除去name引數用以指定該操作的name,與方法有關的一共五個引數:

結果返回乙個tensor,這個輸出,就是我們常說的feature map。

2)tf最大值池化函式

引數是四個,和卷積很類似:

第乙個引數value:需要池化的輸入,一般池化層接在卷積層後面,所以輸入通常是feature map,依然是[batch, height, width, channels]這樣的shape

第二個引數ksize:池化視窗的大小,取乙個四維向量,一般是[1, height, width, 1],因為我們不想在batch和channels上做池化,所以這兩個維度設為了1

第三個引數strides:和卷積類似,視窗在每乙個維度上滑動的步長,一般也是[1, stride,stride, 1]

第四個引數padding:和卷積類似,可以取'valid' 或者'same'

返回乙個tensor,型別不變,shape仍然是[batch, height, width, channels]這種形式。

總結:卷積或池化後特徵圖譜的大小主要取決於滑動步長(strides)和padding(邊距處理方式)。strides=1,padding=『same』,則輸入與輸出大小相同;strides=2或padding=『valid』都會使輸出影象變小。

其他:

輸出影象的尺寸

輸出影象的空間尺寸可以計算為([w-f + 2p] / s)+1。在這裡,w 是輸入尺寸,f 是過濾器的尺寸,p 是填充數量,s 是步幅數字。假如我們有一張 28*28*3 的輸入影象(彩色3通道),我們使用 32 個尺寸為 5*5*3 的過濾器,單步幅和用零填充(『same』)。

那麼 w=28,f=5,p=4,s=1。輸出深度等於應用的濾波器的數量,即 32,輸出尺寸大小為 ([28-5+4]/1)+1 = 28。因此輸出尺寸是 28*28*10。

而池化的時候一般步長會是2,這樣,影象會被縮小。

另,卷積層和池化層,是用來提取特徵(初識卷積層提取一般特徵(邊緣檢測或線條),後面的卷積層用來提取複雜一些的特徵),並減少原始影象的引數。全連線層用來輸出分類,softmax用來將分類結果轉化為與真實分類同樣的形式(one-hot形式),之後可進行代價函式(交叉熵)計算,更新權值和偏置項。

卷積->啟用->池化

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