news 2026/3/19 15:24:28

CNN基础学习

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张小明

前端开发工程师

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CNN基础学习

现在感觉,神经网络模型成为了基本单元,或者原理图的元器件,或者积木的基本块,然后人们设计出各种类型的积木块(自己想怎么设计就怎么设计),用这些积木进行搭建,CNN呀,RNN,transformer等诞生了。

CNN 的英文全称是 Convolutional Neural Network,中文译为卷积神经网络。

CNN分成卷积层、池化层和全连接层。
卷积层:特征提取。
池化层:降维。
全连接层:输出结果。

1.组成

1.1 卷积层

功能:网络的核心,用于特征提取。
关键概念:卷积核/滤波器:一个小的权重矩阵(如3x3, 5x5)。以前把filter翻译为滤波器,现在都是翻译成卷积核。

它在输入上滑动,计算局部点积,生成特征图。一个卷积层可以有多个不同的卷积核,每个负责提取一种特征。
特征图:卷积核在输入上滑动计算后得到的输出。它反映了原图中某种特征(如垂直边缘)的分布。
步长:卷积核每次移动的像素数。步长大,输出尺寸小。

填充:在输入图像边缘补零。目的是控制输出特征图的尺寸,防止过快缩小。还有一点原因是如果不填充,通过卷积核扫描计算,它边界(上下左右)的元素被扫描的少,信息就有确实,所以就填充(padding)。注意,填充是一圈一圈的填充。

1.2 激活函数层

功能:引入非线性,使网络能够学习复杂的模式。
常用函数:ReLU。它将所有负值置零,保留正值。计算简单,能有效缓解梯度消失问题。

1.3 池化层

功能:进行空间下采样,减少参数和计算量,并增强特征的空间不变性。
常用类型:
最大池化:取窗口内的最大值。最常用,能保留最显著的特征。平均池化:取窗口内的平均值。特点:池化操作是确定性的,没有需要学习的参数。

1.4 全连接层

功能:通常出现在网络的最后几层。
它将前面卷积和池化层提取到的、在空间上展开的二维高级特征“拉直”成一维向量,并进行综合,用于最终的分类或回归输出。

注意:在现代架构(如ResNet)中,常用“全局平均池化”替代一部分全连接层,以减少过拟合。

2.超参数

卷积核超参数:步长,大小。
一个卷积核的通道数由输入的通道数决定。比如卷积核我们设置大小为mxn,输入通道为3,那么一个卷积核就是mxnx3。注意:一个卷积核生成一个特征图——啥意思呢?就比如输入3个通道,那3个通道各个通道对应一个卷积计算,做卷积计算时会有3个结果(每个通道一个),然后3个卷积结果相加就是对应特征图的一个元素。

填充几圈数。
输入通道数,
网络层数,
激活函数,
学习率,
等等。

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