卷積神經網絡

卷積神經網絡

  • 如果采用全連接前饋網絡來處理圖像時,會存在以下問題,
  • 第一 參數太多,在圖像處理時,每個像素點都是一個參數,因此,若采用全連接前饋網絡,僅僅第一個隱藏層,每個神經元到輸出層都有1001003 個互相獨立連接,每個連接都對應一個權重參數,這會導致模型訓練效率非常低,也很容易出現過擬合(不必要參數太多)
  • 第二 局部不變特征,自然圖像中的物體都有局部不變性特征,比如在尺度縮放,平移,旋轉等操作不影響其語義信息,而全連接前饋神經網絡,很難提取這些局部不變特征,比如縮放手,的50503的圖像,很難識別出和1001003的 描述的是同一個物體

目前卷積神經網絡

一般由卷積層,匯聚層,和全連接層交叉堆疊而成,使用反向傳播算法進行訓練(反向傳播,再重新看一下)
卷積神經網絡有三個結構上的特性:局部連接,權重共享以及子采樣

濾波器filter 卷積核convolution kernel
局部連接,其實就是根據時間,權重遞減 最后為0 參數就傳播不到遠處了

  • 二維卷積中,濾波器也分為好幾種
  • 均值濾波
  • 高斯濾波
    還有一些,可以提取邊緣特征的濾波器 等等

局部連接 乘以 濾波器 得特征映射


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互相關,是一個衡量兩個序列相關性的函數,
互相關和卷積的區別在于 卷積核僅僅是否進行翻轉,因此互相關也可以稱為 不翻轉卷積
使用卷積 是為了進行特征抽取,卷積核 是否進行翻轉和其特征抽取的能力無關。
當卷積核是可以學習的參數,卷積和互相關是等價的,因此,其實兩者差不多。

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匯聚層

  • 匯聚層也叫做子采樣層,其作用是進行特征選擇,降低特征數量,并從而減少,參數數量
    匯聚層雖然可以顯著提高網絡中連接的數量,但特征映射組中但神經元的個數并沒有顯著減少,如果后面接一個分類器,分類器的輸入維數依然很高,很容易出現過擬合,為了解決這個問題,可以在卷積層之后加一個匯聚層,從而降低特征維數,避免過擬合


    image.png
  • 常用的匯聚函數,有 最大匯聚 和 平均匯聚 兩者


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  • 卷積神經網絡中,主要有兩種不同功能的神經層:卷積層和匯聚層
    而參數多為卷積核(濾波器)和偏置,而我們進行算法優化,無非就是修改超參數,因此只需要計算卷積層中參數的梯度。

Tips:P是代表特征映射

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