一维卷积神经网络_卷积神经网络的基础知识「建议收藏」
大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。
一维卷积
一维卷积的输入是一个向量和一个卷积核，输出也是一个向量。
通常状况下，输入向量长度远大于卷积核的长度。
输出向量的长度取决于卷积操作的填充方案，等宽卷积的输出向量的和输入的向量长度相等。
卷积核的长度通常是奇数，这是为了对称设计的。
一个例子：
一维卷积示例
注意相乘的顺序是相反的，这是卷积的定义决定的。
输出长度是7，卷积核长度是3，输出的长度是7-3+1 = 5。
也就是说这里的卷积操作若输入长度是m，卷积核长度是n，则输出长度是m-n+1。
这样的卷积就叫窄卷积。
等宽卷积就是在输入两边各填充(n-1)/2，最终输出长度是m+(n-1)/2*2-n+1 = m。
填充元素可以是0，也可以和边缘一样，也可以是镜像。
如上图例子中的输入向量，
- 填充0后的输入为 012345670
- 重复边缘填充后为：112345677
- 镜像填充后为： 212345676
如下图，等宽卷积以及0填充，输入是1 2 3 4 5 6 7，输出是0 2 4 6 8 10 20
0填充-等宽卷积
换种风格说一下卷积步长的概念，如下图
图a是步长为2，不填充；图b是步长为1，填充0的等宽卷积。
卷积步长为2，可以看成是步长为1状况下的输出隔两个取一个，当然这也就是步长的概念。默认情况下步长是1。使用等宽卷积时，步长为2的一维卷积会使得输出长度是输入的一半。
二维卷积
无填充的二维卷积
如上图，二维的卷积，假设输入维度是mxm，卷积核大小是nxn，则无填充的输出大小是(m-n+1)x(m-n+1)。这和一维卷积是类似的。有填充的二维卷积如下图，
卷积的padding
卷积核的含义
不同卷积核的作用：锐化，边缘等
在信号处理中，某些卷积核也被称为滤波器。如用滤波器对数字图像进行处理，获得目标图像。上图中有三个不同的卷积核，具有不同的作用，如锐化，去燥，提取边缘等。卷积神经网络中学习到的参数主要就是这些滤波器(也就是卷积核)，在训练开始时，这些卷积核的值可能是0，或者随机数。训练结束时，这些卷积核就称为学习到的特征。
卷积层
全连接层和卷积层
如上图，全连接层有35个连接，5*7=35个不同参数。卷积层只有5*3=15个连接，但只有3个参数。因为在图b中，相同颜色的连接权重是相等的。这就称为权重共享。而3<7就包含了局部连接的含义，也就是说上边的神经元不是和下边的每一个神经元都有连接，而是它只与附近的几个连接。
池化层
用几个二维的例子来说明，概念非常简单。如这是2×2最大池化，
max-pooling
这是2×2平均池化
average-pooling
但要注意的是这里默认步长是(2，2)，也就是横竖两个方向上的步长都是2。
讲道理的话，2×2最大池化步长是1的结果应该是如下图这样的，但好像不是很常用。
步长为1的最大池化
池化层也有填充的概念，道理和卷积差不多。
激活层
激活层不改变特征图的大小。也就是说输入大小是mxm的，则输出也是mxm的。只是输入中每个元素x都变成f(x)，f就是激活函数。激活函数是一个一元函数，如sigmoid函数是
Sigmoid激活函数
或者ReLU函数
ReLU激活函数
优化效果的途径
- 增加网络层数
- 增加神经元个数
- 使用dropout
- 使用不同的优化器 Adam，RMSprop等
- 增加训练轮数
- 批处理大小
- 正则化
参考文献
https://nndl.github.io/ 《神经网络与深度学习》发布者：全栈程序员栈长，转载请注明出处：https://javaforall.cn/125311.html原文链接：https://javaforall.cn
腾讯云开发者
