为什么要使用卷积神经网络?

        因为使用多层感知机进行深度学习的话, MLP使用全连接结构

        导致参数数量随输入规模和网络深度呈指数增长。而且MLP参数众多，容易过拟合训练数据

        而CNN通过局部连接和权值共享大幅减少参数数量，提高计算效率，降低了过拟合风险

 

CNN:卷积神经网络进行图像分类

       图像卷积:

              前置知识:

                     1.卷积-convolute, 专业术语有点抽象, 可以直接看第三点

                                   通过两个函数f和g生成第三个函数。其本质是一种特殊的积分变换，表征函数f与g经过翻转和平移的重叠部分函数值乘积对重叠长度的积分。如果将参加卷积的一个函数看作区间的指示函数，卷积还可以被看作是"滑动平均"的推广

                     2.卷积运算对应于图像矩阵:

                            将图像矩阵和滤波器矩阵进行对应相乘再求和的运算, 转化得到新矩阵

                     3.提示:

                            是不是感觉挺抽象,我也是这么认为, 建议去网上看一看卷积运算的视频, 你会发现, 哦, 就是这么回事啊! 当然, 也可以直接点击文章下方的链接, 这是一套完整的机器学习+深度学习教程,

                            在教程的P43 8-1和8-2这两节有完整详尽的教学视频

              作用:

                     快速定位图像中某些边缘特征,在图像矩阵中重点突出边缘特征

              执行:

                     根据样本图片矩阵, 设置合适的轮廓过滤器,然后将图像矩阵和滤波器矩阵进行卷积运算, 转化得到突出边缘特诊的新矩阵

              轮廓过滤器:

                     竖向轮廓过滤器

                     横向轮廓过滤器

                     sobel过滤器

       图像池化:

              前置知识:

                     池化: 按照一个固定规则对图像矩阵进行处理, 将其转化为更低维度的矩阵

                     其核心思想是将输入的特征图（FeatureMap）中的相邻像素进行组合，以减少特征图的尺寸和计算量

              作用:

                     用于降低图像矩阵的维度，减少计算量和防止过拟合, 可以将高维度的图像矩阵转化为低维度的图像矩阵, 使我们可以在保留输入特征图中的主要信息，同时减少网络的参数数量和计算量

              操作步骤:

                     个人感觉类似于卷积运算, 看个计算视频就全都明白, 也可以直接点击文章下方的链接, 这是一套完整的机器学习+深度学习教程,

                            在教程的P43 8-1和8-2这两节有完整详尽的教学视频

              池化方式:

                     1.平均法池化(Avg-pooling):取池化窗口中像素的平均值作为结果输出到新矩阵

                     2.最大法池化(Max-pooling):取池化窗口中像素的最大值作为结果输出到新矩阵

       卷积操作和池化操作的关系:

              1.卷积操作主要用于从输入图像矩阵中提取边缘特征，

              2.池化操作主要用于在保留图像中主要信息的前提下,尽量减少矩阵维度, 进而减少计算成本和训练速度

              3.池化操作通常在卷积层之后进行,可以看作是对卷积层的输出进行压缩和摘要

       卷积神经网络的组成:

              卷积层+池化层+mlp=卷积神经网络(CNN)

       卷积运算导致的问题:

              1.图像被压缩, 造成信息丢失

              改善方法:

                     选用合适的池化方法                                              ##

              2.边缘信息使用频率少, 容易被忽略

              改善方法:

                     对图像进行填充padding,在各边增加像素,使图像矩阵在进行卷积运算后维持原大小

                     填充像素的数量和形状由过滤器尺寸与stride决定

 

经典的CNN模型

       LeNet-5:

              输入图像：32*32，单通道

              训练参数：6w

              特点：

                     随着网络越深，图像的高度和宽度在缩小， 通道数在增加

                     卷积与池化先后成对使用

       AlexNet：

              输入图像：227*227*3rgb，三通道

              训练参数：约6kw

              特点：

                     适用于识别较为复杂的彩色图， 可识别1k个类别

                     结构比LeNet更复杂，使用Relu作为激活函数

              历史意义：

                     关于AlexNet论文的发表，让学术界开始相信深度学习技术，可以在计算机视觉领域取得不错的效果

       VGG-16

              输入图像：227*227*3rgb，三通道

              训练参数：约1.38ww

              特点：

                     相对于alexnet， vgg-16，更加标准化， 统一化

                            所有卷积层的filter的宽和高都为3，步长为1，padding都使用same convolution

                            所有池化层的filter的宽和高都为2，步长为2

                     相比于AlexNet， 用更多的filter用于提取轮廓特征，具有更高精确性，

经典CNN模型应用于新场景：

       1.（推荐）借用经典CNN模型结构对图像进行预处理，再建立MLP模型

              1.加载经典CNN模型，对图像进行预处理

              2.把预处理完成的数据作为输入， 分类结果作为输出， 建立一个mlp模型

              3.训练模型

       2.参考经典CNN模型结构搭建新模型

 

扩展1：

       Relu与sigmoid函数的区别

              Relu是分段函数， 计算简单

              sigmoid是复合函数，计算复杂

              对于大量数据的训练，选用relu可以更快收敛， 计算速度快

扩展2：

        学习教程推荐

       作为新手入门的小白， 体验各种机器学习教学视频，

       感觉合适的学习路线：

              机器学习--《IT教学》博主的《机器学习+深度学习教程》

              深度学习--《IT扛霸子》博主的《AI人工智能从入门到精通》

【【整整600集】清华大学196小时讲完的AI人工智能从入门到精通全套教程，全程干货无废话！学完变大佬！这还学不会，我退出IT圈！机器学习-深度学习-opencv】 https://b23.tv/352yMuY