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基于卷积神经网络的手写数字识别系统_python 卷积神经网络

前面讲解了使用纯numpy实现数值微分和误差反向传播法的手写数字识别,这两种网络都是使用全连接层的结构。全连接层存在什么问题呢?那就是数据的形状被“忽视”了。比如,输入数据是图像时,图像通常是高、长、通道方向上的3维形状。但是,向全连接层输入时,需要将3维数据拉平为1维数据。实际上,前面提到的使用了MNIST数据集的例子中,输入图像就是1通道、高28像素、长28像素的(1, 28, 28)形状,但却被排成1列,以784个数据的形式输入到最开始的Affine层。 图像是3维形状,这个形状中应该含有重要的空间信息。比如空间上邻近的像素为相似的值、RBG的各个通道之间分别有密切的关联性、相距较远的像素之间没有什么关联等,3维形状中可能隐藏有值得提取的本质模式。但是,因为全连接层会忽视形状,将全部的输入数据作为相同的神经元(同一维度的神经元)处理,所以无法利用与形状相关的信息。而卷积层可以保持形状不变。当输入数据是图像时,卷积层会以3维数据的形式接收输入数据,并同样以3维数据的形式输出至下一层。因此,在CNN中,可以(有可能)正确理解图像等具有形状的数据。 在全连接神经网络中,除了权重参数,还存在偏置。CNN中,滤波器的参数就对应之前的权重,并且,CNN中也存在偏置。

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Pytorch实现STN

import torch import torch.nn as nn import torch.nn.functional as F import torch.optim as optim import torchvision from torchvision import datasets, transforms import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np class TPSNet(nn.Module): def __init__(self): super(TPSNet, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv2d(1, 10, kernel_size=5) self.conv2 = nn.Conv2d(10, 20, kernel_size=5) self.conv2_drop = nn.Dropout2d() self.fc1 = nn.Linear(320, 50) self.fc2 = nn.Linear(50, 10) # Spatial transformer localization-network self.localization = nn.Sequential( nn.Conv2d(in_channels=1, out_channels=8, kernel_size=7), nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2), nn.ReLU(True), nn.Conv2d(in_channels=8, out_channels=10, kernel_size=5), nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2), nn.ReLU(True) ) # Regressor for the 3 * 2 affine matrix self.fc_loc = nn.Sequential( nn.Linear(10 * 3 * 3, 32), nn.ReLU(True), nn.Linear(32, 3 * 2) ) # Initialize the weights/bias with identity transformation self.fc_loc[2].weight.data.fill_(0) self.fc_loc[2].bias.data = torch.FloatTensor([1, 0, 0, 0, 1, 0]) # Spatial transformer network forward function def stn(self, x): #x是[b,1,28,28] xs = self.localization(x) #xs是[b,10,3,3] xs = xs.view(-1, 10 * 3 * 3) #xs是[b,90] theta = self.fc_loc(xs) #theta是[b,6] theta = theta.view(-1, 2, 3) grid = F.affine_grid(theta, x.size()) x = F.grid_sample(x, grid) #x是[b,1,28,28] return x def forward(self, x): # transform the input #x是[b,1,28,28] x = self.stn(x) #x是[b,1,28,28] # Perform the usual forward pass x = F.relu(F.max_pool2d(self.conv1(x), 2)) x = F.relu(F.max_pool2d(self.conv2_drop(self.conv2(x)), 2)) x = x.view(-1, 320) x = F.relu(self.fc1(x)) x = F.dropout(x, training=self.training) x = self.fc2(x) return F.log_softmax(x, dim=1) def train(epoch): model.train() for batch_idx, (data, target) in enumerate(train_loader): if use_cuda: data, target = data.cuda(), target.cuda() optimizer.zero_grad() output = model(data) loss = F.nll_loss(output, target) #和TPSNet中的log_softmax搭配,就是CE loss loss.backward() optimizer.step() if batch_idx

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【Pytorch 】笔记十:剩下的一些内容(完结)

疫情在家的这段时间,想系统的学习一遍 Pytorch 基础知识,因为我发现虽然直接 Pytorch 实战上手比较快,但是关于一些内部的原理知识其实并不是太懂,这样学习起来感觉很不踏实, 对 Pytorch 的使用依然是模模糊糊, 跟着人家的代码用 Pytorch 玩神经网络还行,也能读懂,但自己亲手做的时候,直接无从下手,啥也想不起来, 我觉得我这种情况就不是对于某个程序练得不熟了,而是对 Pytorch 本身在自己的脑海根本没有形成一个概念框架,不知道它内部运行原理和逻辑,所以自己写的时候没法形成一个代码逻辑,就无从下手。这种情况即使背过人家这个程序,那也只是某个程序而已,不能说会 Pytorch, 并且这种背程序的思想本身就很可怕, 所以我还是习惯学习知识先有框架(至少先知道有啥东西)然后再通过实战(各个东西具体咋用)来填充这个框架。而这个系列的目的就是在脑海中先建一个 Pytorch 的基本框架出来, 学习知识,知其然,知其所以然才更有意思;)。

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