卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

二維卷積層

常用于處理圖像數(shù)據(jù)

二維互相關(guān)運算

二維互相關(guān)(cross-correlation)運算的輸入是一個二維輸入數(shù)組和一個二維核(kernel)數(shù)組若治,輸出也是一個二維數(shù)組胁艰,其中核數(shù)組通常稱為卷積核或過濾器(filter)。卷積核的尺寸通常小于輸入數(shù)組谊却,卷積核在輸入數(shù)組上滑動,在每個位置上,卷積核與該位置處的輸入子數(shù)組按元素相乘并求和榜晦,得到輸出數(shù)組中相應(yīng)位置的元素虏肾。圖1展示了一個互相關(guān)運算的例子廓啊,陰影部分分別是輸入的第一個計算區(qū)域、核數(shù)組以及對應(yīng)的輸出封豪。

二維互相關(guān)運算


二維卷積層

二維卷積層將輸入和卷積核做互相關(guān)運算谴轮,并加上一個標(biāo)量偏置來得到輸出。卷積層的模型參數(shù)包括卷積核和標(biāo)量偏置吹埠。

互相關(guān)運算與卷積運算

卷積層得名于卷積運算书聚,但卷積層中用到的并非卷積運算而是互相關(guān)運算。我們將核數(shù)組上下翻轉(zhuǎn)藻雌、左右翻轉(zhuǎn)雌续,再與輸入數(shù)組做互相關(guān)運算,這一過程就是卷積運算胯杭。由于卷積層的核數(shù)組是可學(xué)習(xí)的驯杜,所以使用互相關(guān)運算與使用卷積運算并無本質(zhì)區(qū)別。

特征圖與感受野

二維卷積層輸出的二維數(shù)組可以看作是輸入在空間維度(寬和高)上某一級的表征做个,也叫特征圖(feature map)鸽心。影響元素x的前向計算的所有可能輸入?yún)^(qū)域(可能大于輸入的實際尺寸)叫做x的感受(receptive field)。

填充和步幅

我們介紹卷積層的兩個超參數(shù)居暖,即填充和步幅顽频,它們可以對給定形狀的輸入和卷積核改變輸出形狀。

填充

填充(padding)是指在輸入高和寬的兩側(cè)填充元素(通常是0元素)太闺,圖2里我們在原輸入高和寬的兩側(cè)分別添加了值為0的元素糯景。


在輸入的高和寬兩側(cè)分別填充了0元素的二維互相關(guān)計算??

步幅

在互相關(guān)運算中,卷積核在輸入數(shù)組上滑動,每次滑動的行數(shù)與列數(shù)即是步幅(stride)蟀淮。此前我們使用的步幅都是1最住。


在寬上步幅為2的二維互相關(guān)運算

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