news 2026/6/10 15:08:51

CNN卷积神经网络学习笔记

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张小明

前端开发工程师

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CNN卷积神经网络学习笔记

1.卷积类比滤波器:用一个小的模板(卷积核/滤波器)在输入信号(图像)上滑动,对局部区域进行加权求和,从而改变或提取信号的某些特征。

1.2卷积核,权重(3*3里面具体的9个数)可学习;卷积核,3*3等;步长,核每次滑动的格数;填充,补零;

1.3感受野:视觉感受区域的大小;CNN中某一层输出结果的一个元素对应输入层的一个映射。一幅图中的重要特征。卷积核是“可移动的观察窗口”。感受野是“这个窗口在原始图上映射的实际范围”。卷积可以实验感受野,滤波功能,提取特征。

1.4空洞卷积,在卷积核中插入空洞,扩大感受野,不增加计算量。可控制插入空洞的数量。适用于需要大范围上下文信息不能损失分辨率的场景(比如语义分割、语音合成)。主要为了扩大感受野提升精度,计算量变化不大。

1.5深度可分离卷积,将标准卷积分解为逐点卷积和深度卷积,减少计算量;先对每个通道分别进行卷积操作,然后通过逐点卷积将不同通道的结果融合在一起。可以减少计算量,对结果损失较小,应用于轻量化网络;(如果要将模型跑到资源有限的设备上,需要考虑轻量化)。深度可分离卷积是分组卷积的一种特殊组合形式。

1.6分组卷积,按通道分组并行计算,显著减少参数,适用于大规模数据处理。

空洞卷积,深度可分离卷积,分组卷积可以出现在下采样之前作为特征提取器;也可以通过调整步长(>1)来充当下采样;空洞卷积一般用来代替下采样。

1.7反卷积,上采样,3*3——7*7,将低维特征图映射到高维空间,常用于图像重建,上采样。对低分辨率输入特征图像素之间插入0或进行特定的填充。卷积核可训练,

1.8PixelShuffle亚像素卷积,上采样,广泛应用在如图像分割等计算机视觉问题上;相比反卷积,它克服了反卷积容易产生的棋盘格的问题。

1.9计算特征图大小:(输入尺寸+2*填充-卷积核尺寸)/步长+1

1.10多通道卷积,x方向:卷积核第一行元素为1,其他为0;

1.11池化:下采样,4*4——2*2;平均池化,最大池化;

2.Lenet 5卷积神经网络(CNN,卷积神经网络的开山鼻祖之一)

卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)是一类专门用于处理网格状数据(如图像、视频、时间序列)的深度学习模型。它的设计灵感来自动物视觉皮层,通过模拟局部感受野、权值共享等机制,极大地减少了参数数量,并能自动学习层次化的空间特征。核心构件:卷积层,激活函数,池化层,全连接层。

输入—2个 卷积层(6个卷积核,6个通道,提取特征)—两个池化—两个全连接—输出

32*32——卷积+非线性RELU(6个卷积核,5*5)——6*28*28——池化,压缩数据(2*2)——6*14*14——卷积(5*5,16个卷积核)——16*10*10——池化——16*5*5——两个全连接

卷积核后,28*28*6(32-5+1),共享卷积核权重,共(5*5+1)*6个参数需要优化,1是偏置;连接有(5*5+1)*6*(28*28)个,前馈有多少个连接就有多少个参数

池化后,参数有2*6(2,一个权重,一个偏置)个,连接(2*2+1)*6*(14*14)个

第二个卷积,14-5+1=10,16个卷积核和6个通道有对应关系,有关参数计算,16个卷积核分别对前6个通道中的几个通道叠加后进行卷积;

全连接层,16*5*5=200(第一层);将前面提取的局部特征进行全局整合,并映射到样本标记空间

梯度下降法优化权重与偏置。迭代慢——控制学习速率·或·其他

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