(完整word版)深度学习-卷积神经网络算法简介
深度学习中的卷积神经网络和递归神经网络
深度学习中的卷积神经网络和递归神经网络最近几年，随着人工智能技术快速发展，深度学习成为了热门话题。
在深度学习算法家族中，卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）和递归神经网络（Recurrent Neural Network，RNN）是最常用的两种神经网络。
本文主要探讨这两种神经网络的工作原理、优缺点以及应用场景。
一、卷积神经网络卷积神经网络是一种专门用于处理图像和语音等大型二维或多维数据的神经网络。
它的核心思想是卷积操作，通过反复的卷积、池化等操作，逐步提取出数据的特征，最终得到对数据的分类或识别结果。
卷积神经网络的工作原理可以简单地描述为：首先输入数据被送入卷积层，卷积层中有若干个卷积核，每个卷积核对输入数据做出一次卷积操作，产生一个特征图。
接着特征图会经过激活函数进行非线性处理。
经过卷积、池化、激活等若干层处理后，最终通过全连接层得到分类或识别结果。
卷积神经网络的优点主要体现在以下方面：1. 可以有效地提取出数据的局部特征，比如提取出一张图片中的边缘、纹理等特征。
2. 卷积神经网络的参数共享机制可以大幅度降低训练模型的复杂度，减小过拟合。
3. 卷积网络中的池化操作可以进一步简化特征图，减小计算量，同时也有防止过拟合的效果。
卷积神经网络的应用场景非常广泛，比如图像分类、目标检测、物体识别等。
二、递归神经网络递归神经网络是一种专门处理序列数据的神经网络，它具有记忆功能，能够处理任意长度的输入数据，并且在处理过程中可以保留之前的状态信息。
递归神经网络的工作原理可以简单地描述为：在处理输入序列的过程中，每个时刻输入一个数据点，同时还输入上一个时刻的状态，根据输入数据和状态计算出当前时刻的状态并输出一个结果。
新的状态又会被送入下一个时刻的计算中。
这种递归的计算方式使得递归神经网络具有很强的记忆性和时间序列处理能力。
递归神经网络的优点主要体现在以下方面：1. 递归神经网络比较适用于处理序列数据，比如语音、文本、股票价格等数据。
神经网络中的卷积神经网络算法
神经网络中的卷积神经网络算法神经网络是一种非常有用的机器学习工具，可以用于分类和回归等各种任务。
其中，卷积神经网络算法是神经网络的一个分支，可以用于图像识别、自然语言处理等很多领域。
本文将详细介绍卷积神经网络算法的原理和应用。
一、卷积神经网络算法的原理卷积神经网络算法是模仿生物学中视觉皮层的工作原理，将图像像素看作神经元，通过不断降采样和卷积操作将图像特征提取出来。
卷积操作是指用一个固定大小的滤波器对输入进行滤波，得到一个特征图。
滤波器在输入上滑动，对每个相邻的区域进行卷积操作，并输出一个值。
卷积神经网络算法有多个层，每个层都有不同的功能。
其中，卷积层用于提取图像的特征，降低特征维度；池化层则用于降采样，减少特征图的尺寸，加快计算速度。
最后是全连接层，将特征图转换为分类结果。
二、卷积神经网络算法的应用1.图像识别卷积神经网络算法可以用于图像分类、目标检测等领域。
例如，使用卷积神经网络算法对猫和狗的图像进行分类，不仅可以判断出猫和狗的种类，还可以精准地定位和识别图像中的猫和狗。
2.自然语言处理卷积神经网络算法也可以用于自然语言处理领域。
例如，通过将词向量进行卷积操作，可以得到单词或短语的特征，进而将这些特征输入到全连接层中进行分类或预测等任务。
这种方法可以帮助我们更好地理解文本的含义，更准确地进行分类和预测。
三、卷积神经网络算法的优势1.参数共享卷积神经网络算法中的卷积操作具有参数共享的特点。
即，在同一层的卷积核中，每个卷积核的参数是一样的，这样可以大幅减少卷积层的参数量，提高训练效率，并且对于数据的小变化具有很好的适应性和鲁棒性。
2.稀疏连接卷积神经网络算法中的卷积操作是针对局部区域进行的，这意味着输入数据中的大部分像素不会对输出数据产生影响。
这种稀疏连接的方式可以帮助我们减少运算量和存储空间，提高计算速度。
3.层次化结构卷积神经网络算法会将图像分层处理，每一层都会从上一层中提取出一些有用的特征信息，并且针对这些特征信息进行处理。
卷积神经网络原理简述
卷积神经网络原理简述卷积神经网络（ConvolutionalNeuralNetworks，简称CNN）是近几年十分流行的机器学习技术，它能够从图像中发现特征，并将其映射到可以被算法理解的特征空间。
在计算机视觉和自然语言处理方面它都有着重要应用，在一些领域它更是完美地取代了传统的机器学习模型，被认为是机器学习中的先进技术。
CNN是基于卷积运算，其中网络中每一层拥有一组卷积核，每个卷积核和输入图像的相关性都被记录在内。
这些卷积核之间的权重和偏置值会随着训练的进行而发生变化，从而形成网络的学习过程。
在实际应用中，CNN可以用作计算机视觉和语言识别的主要技术。
它具有很高的准确率，能够以较低的计算成本和较少的参数精确地完成任务。
因此，CNN各个组件的设计都非常重要，在构建网络时需要考虑每个卷积层和池化层。
卷积层是CNN最基本的构造，它将原始图像与可学习的权重矩阵进行卷积，并输出一个新的特征映射。
从原始图像中提取特征的过程分为两个步骤，包括卷积和池化。
卷积步骤可以将原始图像映射到更高维度的特征空间，池化步骤则减少了特征的维度，而且能够有效的减少特征的噪声。
除了卷积层与池化层之外，CNN还可以使用全连接层（fully connected layer），其作用是将前面几层提取出的特征映射到分类器输出空间，将最后一层的输出结果映射到预设分类标签。
这些层的搭建需要根据实际任务来设计，其中主要包括受保护的卷积层、池化层和全连接层，可以从这些层中提取出最有用的特征。
与传统的机器学习技术相比，CNN有着诸多优势，如能够有效的提取特征，避免计算量庞大的特征提取过程，也能够更加精准的提取出需要的特征，而且它针对小型图像数据集也显示出良好的性能。
而且可以通过卷积核的变换进行颜色、大小变换，能够更好适应图像增强，并且在一定程度上减少了数据集和训练样本的限制等。
因此，CNN 在神经网络领域得到了越来越多的应用。
本文介绍了CNN的原理和构造，以及它的优势和应用。
深度学习——卷积神经网络知识汇总
深度学习——卷积神经⽹络知识汇总卷积⽹络资料汇总卷积神经⽹络（Convolutional Neural Network）是⼀种专门⽤于处理类似⽹格结构的数据的神经⽹络。
它被⼴泛地应⽤到图像识别、语⾳识别等各种场合，很多基于深度学习的图像识别⽅法，都是以CNN为基础。
⼀、卷积运算通常情况下，卷积是对两个实变函数的⼀种数学运算。
卷积操作也可以达到加权平均的⽬的。
在机器学习的应⽤中，可以使⽤卷积操作对有限的数组元素进⾏处理，该运算也是卷积神经⽹络的重要操作。
1.1 卷积运算的原因对于普通的前向反馈⽹络，当输⼊为⼀张图⽚时，假设⼤⼩为1000*1000*3，且第⼀层隐藏层的神经元为1000个时，此时的权值参数量将为30亿个，这将对计算机的内存产⽣巨⼤的挑战，并且在计算过程中，将会使⽤太多的计算资源，需要的时间将会很⼤。
且在图像中，附近的像素点存在⼀定的关系，使⽤普通的前向神经⽹络，则会忽略这种关系，由此产⽣多余的计算和参数。
由于卷积操作涉及到多个像素点的操作，由此在处理图像的过程中，⼀般会使⽤卷积操作，从⽽提⾼图像处理的结果。
1.2 卷积运算的特点卷积运算⼀般通过三个重要的思想来改进机器学习系统：稀疏交互、参数共享、等变表⽰。
1.2.1 稀疏交互传统的神经⽹络使⽤矩阵的乘法来建⽴输⼊和输出的连接关系，参数矩阵的每⼀个单独的参数都描述了⼀个输⼊单元和⼀个输出单元之间的交互。
⽽稀疏交互则意味着运算核的⼤⼩远远⼩于输⼊的⼤⼩。
例如，当输⼊的图像可能包含了成千上万的像素点时，运算核的⼤⼩可能只有⼏⼗或者上百个参数，并且可以利⽤这样的运算核实现对图像参数的计算。
由此就实现了更少的参数、更低的计算量，以及更⾼的计算效率，且这种应⽤在机器学习的任务中，仍然能取得很好的表现。
1.2.2 参数共享参数共享是指在⼀个模型的多个函数中使⽤相同的参数。
在传统的神经⽹络中，当计算⼀层的输出时，权重矩阵的每⼀个元素只是⽤⼀次，当它乘以输⼊的⼀个元素后就再也不会⽤到了。
卷积神经网络(CNN)介绍
卷积神经网络（CNN）介绍一、基本概念CNN是卷积神经网络（Convolutional Neural Network）的缩写，是目前深度学习中应用广泛的一种神经网络型号，它是一种能够处理序列数据的深度学习模型，如语音识别、自然语言处理等在许多应用中被广泛使用。
CNN是一种前馈神经网络，每个神经元只与与其之前一段距离之内的神经元相连。
它具有强大的特征提取能力和权值共享机制，可以帮助识别出图像、音频和文本中的重要特征。
CNN将输入图像分成若干个子区域，每个子区域被称为卷积核，每个卷积核由若干个神经元组成。
每个卷积核得出一个特征图，这些特征图被拼接起来形成下一层的输入。
CNN在应用中通常包含卷积层、池化层、全连接层和Softmax 层等。
卷积层用于提取图像特征，池化层用于减少特征数量，全连接层用于分类，Softmax层用于输出最终分类结果。
然而，就像其他的技术一样，CNN在实践中也会遇到各种问题。
人工智能工程师在设计和调试CNN时，经常遇到的问题包括过拟合、欠拟合、梯度消失、训练速度慢等。
此外，当CNN 不起作用时，如何快速而准确地诊断相关问题也是一个极其重要的挑战。
二、故障分析与解决方案面对CNN故障，我们可以通过以下几个方面来进行诊断，并尝试找到解决方案。
1. 数据集问题CNN模型需要大量的数据才能训练出准确的模型。
如果训练集不够大，其结果可能会出现不准确的情况。
同时，过拟合也可能出现在训练集数据少，但是特征比较多时。
解决方案：增加训练集，尽可能丰富数据覆盖的范围。
此外，有效的数据预处理方法，如旋转、翻转、缩放等，也能有效地增加训练集的样本。
2. 设计问题CNN模型的设计非常重要，关系到CNN在应用中的准确性。
解决方案：对于CNN的设计，可以采用预训练模型，或选择较好的网络结构和优化算法。
3. 训练问题CNN模型需要进行“拟合”和“调整”，使其能够正确的分类图像。
解决方案：可以尝试增加训练次数或者采用其他的优化方法，如随机梯度下降（SGD）。
卷积神经网络算法
卷积神经网络算法1.算法简介：2.卷积层：卷积层是CNN的核心组件，其通过滤波器（卷积核）与输入进行卷积运算，提取输入中的局部特征。
卷积核是一个小矩阵，通过滑动窗口扫描输入图像，计算每个位置的卷积值。
卷积层可以通过增加卷积核的数量来提取更多的特征。
3.激活函数：激活函数通过引入非线性，使得神经网络可以学习非线性的函数映射关系。
常用的激活函数有ReLU、Sigmoid和Tanh等。
ReLU激活函数在实践中表现良好，它能够有效地减少梯度消失问题，提高网络的收敛速度。
4.池化层：池化层用于减小输入的空间尺寸和参数数量，降低过拟合风险。
常用的池化操作有最大池化（Max Pooling）和平均池化（Average Pooling）。
池化操作通过取窗口内的最大或平均值来减小输入的空间尺寸。
5.全连接层：全连接层将前面的卷积层和池化层的输出连接成一个向量，并和预定义的权重矩阵进行矩阵乘法运算。
这样可以将高级抽象特征与输出类别关联起来，最终生成分类结果。
6.训练过程：CNN的训练过程主要通过反向传播算法进行，通过计算损失函数关于权重的梯度，对权重进行更新。
常用的优化算法有随机梯度下降（SGD）和Adam等。
7.数据增强：在训练CNN模型时，可以通过数据增强技术来增加训练数据的多样性，提高模型的泛化能力。
数据增强包括随机旋转、平移、缩放和翻转等操作，可以增加模型对于不同视角、尺寸和光照条件的鲁棒性。
8.迁移学习：迁移学习是指利用预训练的模型参数作为初始参数，对特定任务进行微调或调优。
采用迁移学习可以利用大规模数据集和强大的模型在小规模数据集上进行训练，提高模型的性能。
9.应用领域：CNN广泛应用于图像分类、目标检测、图像生成、语义分割等领域。
在图像分类方面，CNN已经取得了许多突破性成果，例如ImageNet图像分类挑战赛中的VGGNet、GoogLeNet和ResNet等。
总结：卷积神经网络是一种用于图像识别和计算机视觉的深度学习模型，通过多层卷积、激活函数、池化和全连接层等操作，提取输入数据中的特征并进行分类。
卷积神经网络简介及基本概念解析
卷积神经网络简介及基本概念解析近年来，卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）在计算机视觉领域取得了巨大的成功。
它是一种深度学习模型，通过模仿人脑的视觉处理方式，能够自动从图像中提取特征，并进行分类、识别等任务。
本文将对卷积神经网络的基本概念进行解析。
一、卷积神经网络的基本结构卷积神经网络由多个层次组成，包括输入层、卷积层、池化层和全连接层。
其中，输入层接收原始图像数据，卷积层通过卷积操作提取图像的特征，池化层用于减少特征图的大小，全连接层则将特征映射到具体的类别。
二、卷积操作卷积操作是卷积神经网络的核心。
它通过滑动一个卷积核（也称为过滤器）在输入图像上进行计算，从而提取图像的特征。
卷积操作可以捕捉到图像的局部信息，并且具有平移不变性，即对于图像的不同位置，卷积操作得到的特征是相同的。
三、激活函数在卷积神经网络中，激活函数被用于引入非线性。
常用的激活函数包括ReLU函数和Sigmoid函数。
ReLU函数在输入大于0时输出输入值，否则输出0，能够有效地解决梯度消失问题；Sigmoid函数将输入值映射到0到1之间，用于二分类问题。
四、池化操作池化操作用于减少特征图的大小，从而减少计算量，同时保留重要的特征。
常用的池化操作有最大池化和平均池化。
最大池化选取特定区域内的最大值作为输出，能够保留图像中的边缘和纹理等重要特征；平均池化计算特定区域内的平均值作为输出，能够平滑图像。
五、全连接层全连接层将卷积层和池化层得到的特征映射到具体的类别。
它将特征图展开成一维向量，并通过权重矩阵与偏置向量进行线性变换，然后通过激活函数得到最终的输出。
六、损失函数损失函数用于衡量模型输出与真实标签之间的差异。
常用的损失函数有交叉熵损失函数和均方误差损失函数。
交叉熵损失函数适用于分类问题，能够衡量模型输出的概率与真实标签的差异；均方误差损失函数适用于回归问题，能够衡量模型输出与真实值之间的差异。
卷积神经网络CNN
卷积神经网络CNN一、引言卷积神经网络（Convolutional Neural Network, CNN）是一种常用的深度学习算法，特别适合于处理图像、语音、自然语言等多维度数据。
其重要特点是局部感知和参数共享，这使得它能够快速准确地识别图像特征，并在不同的任务和场景中取得良好的表现。
本文主要介绍卷积神经网络的基本结构、原理和应用。
二、卷积神经网络结构卷积神经网络的基本结构包括输入层、卷积层、池化层、全连接层和输出层等部分。
其中，输入层用来接收原始图像或数据，卷积层和池化层用来提取图像特征，全连接层用来进行分类和回归等任务，输出层则表示最终的输出结果。
下面详细介绍每个部分的作用和特点。
1. 输入层输入层是卷积神经网络的第一层，主要用来接收原始图像或数据。
通常情况下，输入层的数据是二维图像，即图像的宽度、高度和颜色通道。
例如，一张彩色图片的宽度和高度都是像素的数量，而颜色通道就是RGB三个通道。
2. 卷积层卷积层是卷积神经网络的核心层，负责提取图像特征。
它主要通过卷积运算的方式，对输入层的数据进行处理，产生新的特征图。
卷积操作的核心思想是权重共享，即同一个卷积核在不同的位置上进行卷积操作，得到的特征图是一样的，这样能够大大减少网络参数量，防止过拟合现象出现。
卷积操作的数学表达式如下：$$Y = W*X + b$$其中，$W$是卷积核，$X$是输入特征图，$b$是偏置项，$Y$是输出特征图。
在卷积操作中，卷积核的参数是需要学习的参数，它的大小通常为$K*K$（$K$是卷积核的大小），步幅通常为$S$。
卷积操作的结果是一个二维数组，它被称为输出特征图。
在实际应用中，卷积核的大小和步幅需要根据不同的数据类型和任务而定。
3. 池化层池化层是卷积神经网络的一个可选层，主要用来减少特征图的大小和数量，从而提高网络性能。
它通常有两种类型：最大池化和平均池化。
最大池化是取一个特征图中的最大值作为输出，而平均池化是取一个特征图中的平均值作为输出。
卷积神经网络算法原理
卷积神经网络算法原理卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）是一种深度学习算法，它在图像识别、语音识别、自然语言处理等领域取得了巨大成功。
本文将介绍卷积神经网络的算法原理，帮助读者更好地理解这一重要的深度学习模型。
首先，我们来了解一下卷积神经网络的基本结构。
CNN由多个卷积层、池化层和全连接层组成。
卷积层通过卷积操作提取输入数据的特征，池化层用于降低特征图的维度，全连接层则用于输出最终的分类结果。
这种结构使得CNN能够有效地处理大规模的图像数据，并且具有很强的特征提取能力。
接下来，我们来详细介绍一下卷积操作。
卷积操作是CNN的核心部分，它通过滑动窗口的方式在输入数据上进行特征提取。
具体来说，卷积操作通过将输入数据与卷积核进行卷积运算，得到特征图作为下一层的输入。
卷积核的参数是可以学习的，这意味着CNN能够自动地学习到输入数据的特征。
在卷积操作之后，通常会接一个激活函数，比如ReLU函数。
激活函数能够引入非线性因素，使得CNN能够学习到更加复杂的特征。
此外，激活函数还能够解决梯度消失的问题，使得网络能够更好地进行训练。
除了卷积层之外，CNN还包括池化层。
池化层通过对特征图进行降采样，减少特征图的维度，从而减少计算量并且提高模型的鲁棒性。
常用的池化操作包括最大池化和平均池化，它们分别选择特征图中的最大值和平均值作为输出。
最后，我们来介绍一下全连接层。
全连接层将池化层得到的特征图展开成一维向量，并通过神经网络进行分类。
全连接层通常包括多个隐藏层和一个输出层，每个隐藏层都包括多个神经元，通过学习权重和偏置参数来实现对输入数据的分类。
总的来说，卷积神经网络通过卷积操作、池化操作和全连接操作实现对输入数据的特征提取和分类。
它具有很强的特征提取能力，能够自动学习到输入数据的特征，并且在图像识别、语音识别等领域取得了非常好的效果。
希望通过本文的介绍，读者能够对卷积神经网络的算法原理有一个更加深入的理解。
CNN(卷积神经网络)详解
CNN（卷积神经网络）详解卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）是一种前馈神经网络，用于处理具有类似网格结构的数据。
这种网络结构在计算机视觉领域中应用非常广泛，包括图像识别、语音识别等领域。
CNN采用卷积层、池化层和全连接层等多种不同的层来提取特征。
一、卷积层卷积层是CNN的核心，也是最基本的层，它可以检测不同的特征，比如边缘、颜色和纹理等。
通常情况下，卷积层的输入是一个彩色或者灰度的图像，输出则是不同数量的“特征图”。
每个特征图对应一个特定的特征。
卷积层有一个非常重要的参数，叫做卷积核（Kernel），也就是滤波器。
卷积核是一个小的矩阵，它在输入数据的二维平面上滑动，将每个位置的像素值与卷积核的对应位置上的值相乘，然后将结果相加得到卷积层的输出。
通过不同的卷积核可以检测出不同的特征。
二、池化层池化层是CNN中的另一种重要层，它可以对卷积层的输出做降维处理，并且能够保留特征信息。
池化层通常是在卷积层之后加上的，其作用是将附近几个像素点合并成一个像素点。
这样做的好处是可以减小数据量，同时也可以使特征更加鲁棒。
池化层通常有两种类型，分别是最大池化和平均池化。
最大池化是从相邻的像素中寻找最大值，即将一个矩阵划分成多个小矩阵，然后寻找每个小矩阵中的最大值，最后将每个小矩阵中的最大值组成的矩阵作为输出。
平均池化则是简单地取相邻像素的平均值作为输出。
三、全连接层全连接层，也叫做密集连接层，是CNN中的最后一层，它将池化层输出的结果转化成一个一维的向量，并将其送入神经网络中进行分类或者回归预测。
全连接层通常使用softmax或者sigmoid等激活函数来输出分类结果。
四、CNN的应用CNN在计算机视觉领域有着广泛的应用，比如图像分类、物体检测、人脸识别、文字识别等。
其中最常见的应用就是图像分类，即将一张图片分为不同的目标类别。
通过卷积层和池化层不断地提取出图像的特征，然后送进全连接层对不同的类别进行分类。
深度学习中的卷积神经网络
深度学习中的卷积神经网络深度学习作为一项涉及模式识别、自然语言处理等各种领域的技术，近年来越来越受到关注。
在深度学习算法中，卷积神经网络（Convolutional Neural Networks，CNN）被广泛应用于图像识别、人脸识别、语音识别等领域，其出色的处理能力备受业界赞赏。
卷积神经网络的概念和发展卷积神经网络是一种用于图像、语音等自然信号处理的深度神经网络，于1980年代初在心理学、生物学以及神经学等领域内开始得到关注，主要是用来模仿生物神经系统中的视觉感知机制。
1998年，科学家Yann LeCun基于卷积神经网络提出了一个手写数字识别系统——LeNet，该系统主要应用于美国邮政部门的手写数字识别。
这个系统在当时的手写数字识别领域中取得了很大的成功，证明了卷积神经网络在图像处理领域的应用潜力。
近年来，随着深度学习技术的快速发展，以及算力和数据的快速增长，卷积神经网络得到了快速发展。
在图像识别和视觉研究领域，卷积神经网络取得了很大的成功。
2012年，Hinton等学者提出的AlexNet模型利用多层卷积神经网络对图像进行了分类，取得了ImageNet图像识别比赛冠军，大大提高了卷积神经网络在图像识别领域的应用价值，在业界掀起了一股深度学习的浪潮。
卷积神经网络的结构和特点卷积神经网络与传统神经网络的最大区别在于其采用了特殊的卷积层结构，并通过卷积核来共享参数，从而大大减少了模型的参数数量。
卷积神经网络的基本结构包含了卷积层、池化层、全连接层和softmax分类器。
卷积层（Convolutional Layer）是卷积神经网络中最重要的结构，其主要功能是提取输入信号的局部特征。
卷积层通过在输入信号上滑动卷积核的方式来提取特征，卷积核由一组可训练的权重和一个偏置项构成。
卷积层会对特征图进行下采样，从而得到更多特征，进而提高模型的表现能力。
池化层（Pooling Layer）用于降维和特征提取，可以减少卷积层的矩阵运算量，并防止过拟合。
深度学习-卷积神经网络
层）f(x,θ)去逼近一个目标函数为h(x)。
将目标函数拆分成两部分：恒等函数和残差函数
《神经网络与深度学习》
33
残差单元
《神经网络与深度学习》
34
ResNet
2015
ILSVRC winner （152层）
错误率：3.57%
《神经网络与深度学习》
35
Ngram特征与卷积
如何用卷积操作来实现？
13
互相关
计算卷积需要进行卷积核翻转。
卷积操作的目标：提取特征。
翻转是不必要的！
互相关
除非特别声明，卷积一般指“互相关”。
《神经网络与深度学习》
14
多个卷积核
特征映射（Feature
Map）：图像经过卷积后得到的特征。
卷积核看成一个特征提取器
卷积层
输入：D个特征映射
M×N×D
输出：P个特征映射 M′ × N′ × P
∼ 2）。
《神经网络与深度学习》
20
表示学习
《神经网络与深度学习》
21
表示学习
《神经网络与深度学习》
22
其它卷积种类
转置卷积/微步卷积
低维特征映射到高维特征
《神经网络与深度学习》
24
空洞卷积
如何增加输出单元的感受野
增加卷积核的大小
增加层数来实现
在卷积之前进行汇聚操作
空洞卷积
Neural Networks，CNN）
一种前馈神经网络
受生物学上感受野（Receptive
Field）的机制而提出的
在视觉神经系统中，一个神经元的感受野是指视网膜上的特定区域，只有这
个区域内的刺激才能够激活该神经元。
卷积神经网络（CNN）详解
卷积神经⽹络（CNN）详解⼀、卷积神经⽹络的基本概念卷积神经⽹络与普通神经⽹络的区别在于，卷积神经⽹络包含了⼀个由卷积层和⼦采样层（池化层）构成的特征抽取器。
在卷积神经⽹络的卷积层中，⼀个神经元只与部分邻层神经元连接。
在CNN的⼀个卷积层中，通常包含若⼲个特征图(featureMap)，每个特征图由⼀些矩形排列的的神经元组成，同⼀特征图的神经元共享权值，这⾥共享的权值就是卷积核。
卷积核⼀般以随机⼩数矩阵的形式初始化，在⽹络的训练过程中卷积核将学习得到合理的权值。
共享权值（卷积核）带来的直接好处是减少⽹络各层之间的连接，同时⼜降低了过拟合的风险。
⼦采样也叫做池化（pooling），通常有均值⼦采样（mean pooling）和最⼤值⼦采样（max pooling）两种形式。
⼦采样可以看作⼀种特殊的卷积过程。
卷积和⼦采样⼤⼤简化了模型复杂度，减少了模型的参数。
⼆、卷积神经⽹络的基本原理2.1 神经⽹络⾸先介绍神经⽹络，神经⽹络的每个单元如下：其对应的公式如下：其中，该单元也可以被称作是Logistic回归模型。
当将多个单元组合起来并具有分层结构时，就形成了神经⽹络模型。
下图展⽰了⼀个具有⼀个隐含层的神经⽹络。
其对应的公式如下：⽐较类似的，可以拓展到有2,3,4,5，…个隐含层。
2.2 卷积神经⽹络⾸先，我们先获取⼀个感性认识，下图是⼀个卷积神经⽹络的实例：卷积神经⽹络通常包含以下⼏种层：卷积层（Convolutional layer），卷积神经⽹路中每层卷积层由若⼲卷积单元组成，每个卷积单元的参数都是通过反向传播算法优化得到的。
卷积运算的⽬的是提取输⼊的不同特征，第⼀层卷积层可能只能提取⼀些低级的特征如边缘、线条和⾓等层级，更多层的⽹络能从低级特征中迭代提取更复杂的特征。
线性整流层（Rectified Linear Units layer, ReLU layer），这⼀层神经的活性化函数（Activation function）使⽤线性整流（Rectified Linear Units,ReLU）f(x)=max(0,x)f(x)=max(0,x)。
深度学习——带你通俗理解卷积神经网络（CNN）
深度学习——带你通俗理解卷积神经⽹络（CNN）卷积神经⽹络（CNN）基础知识⽂章⽬录1.前⾔ 如果说深度神经⽹络模型中的“明星”是谁？那么⾮卷积神经⽹络莫属。
下⾯给⼤家简单介绍⼀下CNN的基础知识。
其中CNN基础主要涉及卷积层、池化层、全连接层在卷积神经⽹络扮演的⾓⾊、实现的具体的功能和⼯作原理。
2.卷积层 1.主要作⽤：对输⼊的数据进⾏特征提取。
2.⼯具：卷积核——完成对数据提取的功能。
3.卷积核是怎么处理数据数据的呢？我们知道卷积核其实是⼀个指定窗⼝⼤⼩的扫描器，通过⼀次⼜⼀次地扫描输⼊的数据，来提取数据中的特征。
那么在通过卷积核处理后，就可以识别出图像中的重要特征了。
4.下⾯讲解卷积核的定义：⼀、 假定有⼀张32* 32*3的输⼊图像，其中32 * 32是图像的⾼度和宽度，3是指图像具有R，G，B三个⾊彩通道。
⼆、我们定义⼀个5 * 5 * 3的卷积核 ，其中3是指卷积核的深度，对应之前输⼊图像的三个彩⾊通道。
（⽬的：当卷积核窗⼝在输⼊图像上滑动时，能够⼀次在三个彩⾊通道上同时进⾏卷积操作）三、 常⽤的卷积核5 *5和3 *3我们知道了卷积核后，那么怎么进⾏卷积操作呢？ 现在我们定义步长为对卷积核的窗⼝进⾏滑动 下图为⼀个步长为2的卷积核经过⼀次滑动窗⼝位置变化情况 仔细观察不难发现，在上⾯的输⼊图像的最外界多了⼀圈全为0的像素，这其实就是⼀种⽤于提升卷积效果的边界像素扩充的⽅法共有两种⽅式进⾏填充Same和Valid1.Same在输⼊图像的最外界加上指定层数的值全为0的像素边界：为了让输⼊图像的全部像素能被滑动窗⼝捕捉。
2.Valid直接对输⼊图像进⾏卷积，不对输⼊图像进⾏任何的前期处理和图像填充。
缺点就是会导致部分像素点不嫩被滑动窗⼝捕捉。
通过对卷积过程的计算，可以得出卷积通⽤公式⽤于计算输⼊图像经过⼀轮卷积操作后的输出图像的宽度和⾼度的参数 其中W，H分别代表图像的宽度和⾼度的值；下标input代表输⼊图像的相关参数；下标output表⽰输出图像的相关参数，filter代表卷积核的相关参数，S代表卷积的步长，P（padding）代表在图像边缘增加的边界像素层数。
深度学习-卷积神经网络算法简介
深度学习卷积神经网络算法简介李宗贤北京信息科技大学智能科学与技术系卷积神经网络是近年来广泛应用在模式识别、图像处理领域的一种高效识别算法，具有简单结构、训练参数少和适应性强的特点。
它的权值共享网络结构使之更类似与生物神经网络，降低了网络的复杂度，减少了权值的数量。
以二维图像直接作为网络的输入，避免了传统是被算法中复杂的特征提取和数据重建过程。
卷积神经网络是为识别二维形状特殊设计的一个多层感知器，这种网络结构对于平移、比例缩放、倾斜和其他形式的变形有着高度的不变形。
➢卷积神经网络的结构卷积神经网络是一种多层的感知器，每层由二维平面组成，而每个平面由多个独立的神经元组成，网络中包含一些简单元和复杂元，分别记为C元和S元。
C元聚合在一起构成卷积层，S元聚合在一起构成下采样层。
输入图像通过和滤波器和可加偏置进行卷积，在C层产生N个特征图（N值可人为设定），然后特征映射图经过求和、加权值和偏置，再通过一个激活函数（通常选用Sigmoid函数）得到S层的特征映射图。
根据人为设定C层和S层的数量，以上工作依次循环进行。
最终，对最尾部的下采样和输出层进行全连接，得到最后的输出。
卷积的过程：用一个可训练的滤波器fx去卷积一个输入的图像（在C1层是输入图像，之后的卷积层输入则是前一层的卷积特征图），通过一个激活函数(一般使用的是Sigmoid函数)，然后加一个偏置bx，得到卷积层Cx。
具体运算如下式，式中Mj是输入特征图的值：X j l=f∙(∑X i l−1∗k ij l+b j li∈Mj)子采样的过程包括：每邻域的m个像素（m是人为设定）求和变为一个像素，然后通过标量Wx+1加权，再增加偏置bx+1，然后通过激活函数Sigmoid产生特征映射图。
从一个平面到下一个平面的映射可以看作是作卷积运算，S层可看作是模糊滤波器，起到了二次特征提取的作用。
隐层与隐层之间的空间分辨率递减，而每层所含的平面数递增，这样可用于检测更多的特征信息。
深度学习技术中的卷积神经网络算法
深度学习技术中的卷积神经网络算法随着人工智能领域的快速发展，深度学习技术在许多领域展现出了无与伦比的效果。
深度学习的核心是建立深层次的神经网络模型，而卷积神经网络算法是其中一种应用广泛的模型。
本文将深入探讨卷积神经网络算法的原理和应用场景。
一、卷积神经网络算法的原理卷积神经网络（Convolutional Neural Network，简称CNN）是一种前馈神经网络，它的主要特点是对原始数据进行卷积操作，提取数据的特征，通过反向传播算法进行训练，从而实现对复杂模式的学习和分类。
卷积神经网络的结构可分为卷积层、汇合层、全连接层等部分。
卷积层是CNN的核心部分，它通过卷积运算将输入数据转换成特征图。
卷积运算是一种特殊的线性运算，它通过给每个子区域分配权重，从而实现对图像进行卷积处理。
汇合层是对特征图的降维处理，它主要通过取各个区域的最大值或均值等方式进行操作。
全连接层是将汇合层的输出结果与相应的权重进行线性组合，实现对不同特征的分类。
二、卷积神经网络算法的应用卷积神经网络广泛应用于图像处理、自然语言处理、语音识别等领域。
其中，在图像处理领域，卷积神经网络技术得到了广泛的应用。
1. 图像分类卷积神经网络可以对图像进行高精度地分类，如对猫、狗、车等不同的物体进行分类。
通过对输入数据进行卷积计算和特征提取，可以得到一系列特征图，并将这些特征图应用于分类任务中。
2. 风格转换卷积神经网络可以将一幅图片的风格转化成另一幅图片的风格，这在图像艺术史上具有重要的意义。
风格转换算法主要是通过将内容图片和风格图片分别传入神经网络中，提取它们的特征图，然后再将其结合生成一张新的图片。
3. 物体检测物体检测是指在图像中找到并识别特定物体的过程。
卷积神经网络可以通过使用物体框架和分类器来识别图像。
在神经网络中，每个物体框架都与一个局部区域和一个特定类别相关联。
4. 图像超分辨率卷积神经网络通过学习高质量图像的特征、边界和纹理等信息，可以有效地实现图片的超分辨率重构。
深度学习中的卷积神经网络
深度学习中的卷积神经网络深度学习是一种基于人工神经网络的机器学习方法，通过多层次的非线性处理单元进行特征提取和抽象，能够模拟人类大脑的神经网络结构。
其中，卷积神经网络是深度学习中的一种重要网络结构，通过卷积运算和池化操作来实现对图像和语音等高维数据的处理。
一、卷积神经网络的基本结构卷积神经网络由多个层次组成，包括输入层、卷积层、池化层和全连接层。
其基本结构如下：1. 输入层：接受原始数据的输入，通常为图像或其他高维数据。
2. 卷积层：通过卷积运算提取输入数据的特征，包括卷积核和特征图。
每个卷积核负责检测特定的特征，如边缘、纹理等。
3. 池化层：通过池化操作对卷积层的特征图进行降采样，减少参数量和计算复杂度，并保持特征不变性。
4. 全连接层：将池化层的输出连接到全连接层，通过激活函数进行非线性变换，得到最终的分类结果。
二、卷积运算的原理卷积运算是卷积神经网络的核心操作，通过对输入数据和卷积核进行卷积运算，可以提取输入数据的局部特征。
卷积运算的过程如下：1. 定义卷积核：卷积核是一个小的矩阵或滤波器，用于检测输入数据中的某种特征。
每个卷积核都包含一组可学习的权重参数。
2. 滑动窗口操作：将卷积核在输入数据上进行滑动操作，对每个位置上的输入数据和卷积核进行逐元素乘积并求和。
3. 特征映射：将滑动窗口操作得到的结果保存在特征映射中，每个特征映射都对应一个卷积核。
通过多个卷积核的组合，可以从输入数据中提取不同的特征，并逐渐实现对复杂特征的提取和表示。
三、卷积神经网络的训练卷积神经网络的训练过程主要包括前向传播和反向传播两个步骤：1. 前向传播：从输入层到输出层的信号传递过程。
通过对输入数据进行卷积运算、池化操作和非线性变换，得到最终的分类结果。
2. 反向传播：通过计算损失函数的梯度，将误差从输出层向前传递，同时更新网络的权重参数，以提高网络的准确性。
训练过程中，需要使用大量的标注数据进行监督学习，通过不断调整权重参数，使网络的输出结果与标注数据尽可能一致。
深度学习入门理解卷积神经网络的基本原理
深度学习入门理解卷积神经网络的基本原理深度学习是一种机器学习算法，通过模拟人脑神经网络的工作原理来实现数据的学习和分析。
其中，卷积神经网络（Convolutional Neural Network，简称CNN）被广泛应用于图像和视频处理领域。
本文将深入解析卷积神经网络的基本原理，帮助读者快速入门。
一、卷积神经网络简介卷积神经网络（CNN）是一种前馈神经网络，最早由Yann LeCun 等人在上世纪80年代末提出。
CNN的设计灵感来自于生物学中的视觉系统，它通过一系列的卷积层、池化层和全连接层构建一个多层次的模型，用于处理具有网格结构的数据，特别适用于图像识别和分类任务。
二、卷积神经网络的基本组成1. 卷积层（Convolutional Layer）卷积层是CNN的核心组件，通过在输入数据上进行卷积运算来提取特征。
卷积层由多个卷积核（filter）组成，每个卷积核对输入数据进行卷积操作，生成一个特征映射（feature map）。
卷积操作可以有效地捕捉到输入数据的局部特征，保持了空间结构的信息。
2. 激活函数（Activation Function）激活函数在卷积神经网络中起到了非常重要的作用，它将卷积层的输出进行非线性映射，增加了网络的表达能力。
常用的激活函数包括ReLU、Sigmoid和Tanh等。
ReLU函数在实践中得到了广泛的应用，因为它具有简单高效的计算方式，并且能够缓解梯度消失的问题。
3. 池化层（Pooling Layer）池化层用于减小特征图的尺寸，并且保留重要的特征信息。
常用的池化方式有最大池化和平均池化。
最大池化选取池化窗口内的最大值作为池化结果，平均池化计算池化窗口内的平均值。
池化操作可以减少数据的维度，提高特征的不变性，并且减少模型计算量。
4. 全连接层（Fully Connected Layer）全连接层将前面的卷积和池化操作得到的特征进行扁平化，并通过多个全连接节点进行分类或回归等任务。
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深度学习
卷积神经网络算法简介
李宗贤
北京信息科技大学智能科学与技术系
卷积神经网络是近年来广泛应用在模式识别、图像处理领域的一种高效识别算法，具有简单结构、训练参数少和适应性强的特点。
它的权值共享网络结构使之更类似与生物神经网络，降低了网络的复杂度，减少了权值的数量。
以二维图像直接作为网络的输入，避免了传统是被算法中复杂的特征提取和数据重建过程。
卷积神经网络是为识别二维形状特殊设计的一个多层感知器，这种网络结构对于平移、比例缩放、倾斜和其他形式的变形有着高度的不变形。
➢卷积神经网络的结构
卷积神经网络是一种多层的感知器，每层由二维平面组成，而每个平面由多个独立的神经元组成，网络中包含一些简单元和复杂元，分别记为C元和S元。
C元聚合在一起构成卷积层，S元聚合在一起构成下采样层。
输入图像通过和滤波器和可加偏置进行卷积，在C层产生N个特征图（N值可人为设定），然后特征映射图经过求和、加权值和偏置，再通过一个激活函数（通常选用Sigmoid函数）得到S层的特征映射图。
根据人为设定C层和S层的数量，以上工作依次循环进行。
最终，对最尾部的下采样和输出层进行全连接，得到最后的输出。
卷积的过程：用一个可训练的滤波器fx去卷积一个输入的图像（在C1层是输入图像，之后的卷积层输入则是前一层的卷积特征图），通过一个激活函数(一般使用的是Sigmoid函数)，然后加一个偏置bx，得到卷积层Cx。
具体运算如下式，式中Mj是输入特征图的值：
X j l=f∙(∑X i l−1∗k ij l+b j l
i∈Mj)
子采样的过程包括：每邻域的m个像素（m是人为设定）求和变为一个像素，然后通过标量Wx+1加权，再增加偏置bx+1，然后通过激活函数Sigmoid产生特征映射图。
从一个平面到下一个平面的映射可以看作是作卷积运算，S层可看作是模糊滤波器，起到了二次特征提取的作用。
隐层与隐层之间的空间分辨率递减，而每层所含的平面数递增，这样可用于检测更多的特征信息。
对于子采样层来说，有N 个输入特征图，就有N个输出特征图，只是每个特征图的的尺寸得到了相应的改变，具体运算如下式，式中down（）表示下采样函数。
X j l=f∙(βj l down (X j l−1) +b j l)X j l)
➢卷积神经网络的训练过程
卷积神经网络在本质上是一种输入到输出的映射，它能够学习大量的输入和输出之间的映射关系，而不需要任何输入和输出之间的精确数学表达式。
用已知的模式对卷积网络加以训练，网络就具有了输
入输出对之间的映射能力。
卷积神经网络执行的是有监督的导师训练，所以样本集是由形如（输入向量，理想输出向量）的向量对构成。
卷积神经网络训练算法类似于BP算法，主要分为4步，这4步分为两个阶段：
1、向前传播过程
1）从样本集中读取（X,Y）,将X输入网络
2）计算相应的实际输出Op。
在此阶段，信息从输入层经过逐层变换，传送到输出层，输入
与每层的权值矩阵点乘，得到输出结果：
Op=Fn（…( F2 ( F1 (XpW(1) ) W(2) )…)W(n)）
2、向后传播阶段
1）计算实际输出和理想输出的差值
2）按极小误差发反向传播调整权值矩阵
➢卷积神经网络的优点
卷积神经网络主要用于识别位移、缩放及其它形式扭曲不变形的二维图像。
由卷积神经网络的特征检测层通过训练，由于同一特征平面上的神经元权值相同，所以网络可以并行学习，这种以局部权值共享的特殊结构在语音识别和图像处理方面具有独特的优越性，使其布局更类似于生物神经网络。
卷积神经网络较一般神经网络在图像识别方面有如下优点：
1）以二维图像为网络的直接输入，减少了复杂特征提取和数据重建等计算过程。
2）输入图像和网络的拓扑结构能有很好的吻合。
3）特征提取和模式分类同时进行，并在训练中产生。
4）权值共享可以很大程度上减少网络训练参数，是网络结构的适应性更强。
目前，卷积神经网络已经被广泛应用于二维图像处理、模式识别、机器视觉等领域，并能很好地解决相关问题。