CNN(卷积神经网络)的实现过程详解


概要

在图像处理领域,CNN(卷积神经网络)处于绝对统治地位,但对于CNN具体是如何用神经网络实现的,能找到的介绍要么是一大堆数学公式,要么是大段晦涩的文字说明,读起来很是辛苦,想写好一片完整的而且有深度的文章出来非常难,所以本文适合入门的朋友对CNN的学习和了解。

CNN主要思路快速回顾

为了便于大家理解,这里简单回顾一下CNN的主要思路:对于一张M * N像素的图,我们用一个大小为 S * S(如3 * 3)的特征提取器,扫描整个图片,强化图片的重要特征,忽略不重要的细节,得到一个强化了特征的新图:

不断递归上述过程,就可以逐渐从细节特征(如线条、纹理)中提取出高级特征(如器官、物种),最终完成各种图像处理任务。

图解CNN的神经网络实现过程

假设我们有一张3 * 3的图,图中每个像素用一个字母表示:

我们的特征提取器为一个2 * 2的矩阵,矩阵每个元素是一个希腊字母:

用特征提取器处理后的图片为:

其详细工作过程如下:

上述工作过程可以表达为以下等式:

注意上述等式中的bias参数b在4个等式中都是一样的,可以把b理解为特征提取器的一部分,就像权重参数(α, β, γ, δ)是特征提取器的一部分一样。

上述等式更紧凑的写法为:

上述写法可以直接表示为一个神经网络(连接线对应权重α, β, γ, δ):

神经元的激活过程就是权重矩阵和输入矩阵的乘积:

这里有两个要注意的点:

  • 灰色格子的0,代表不可训练的参数,它们在整个训练过程中始终为0

  • 剩下可训练的参数中,很多参数取值是保持相同的,这叫做"共享权重"

权重矩阵的每一行,代表了在图片上对特征过滤器的一次应用,其中的0表示这次应用不会覆盖的像素。

假设我们把取值为0的权重也补充到上面的神经网络图中(用灰色的线表示0权重),就可以得到一个经典的、全连接的神经网络图:

去掉颜色和字母,就和熟悉的神经网络示意图一模一样了:

上面,我们用一个2 * 2的特征提取器把一个3 * 3的图变成了一个2 * 2的图,通过zero-padding和一个3 * 3的特征提取器,我们就可以保持图片大小不变:

其工作过程如下:

而如果不应用zero-padding,则我们只能得到一个1 * 1的结果图:

以上就是CNN落地实现为神经网络的过程,欢迎大家阅读,感谢🙏。

相关推荐
qq_41126242几秒前
四博皮克斯苹果 AI 台灯 / AI 智能音箱 S3 视觉机械臂方案
人工智能·智能音箱
了不起的云计算V1 分钟前
从DeepSeek V4适配看国产算力的三个拐点
数据库·人工智能
Cosolar2 分钟前
大模型应用开发工程师 · 学习路线(完整技术栈版)
人工智能·面试·架构
MadPrinter2 分钟前
Ollama 本地部署 Google Gemma 4 26B MoE 旗舰模型
人工智能
憨波个2 分钟前
【说话人日志】多说话人数据仿真 Property-Aware Simulation
人工智能·深度学习·音频·语音识别
code_pgf9 分钟前
MNN Whisper 实时 ASR 工程实现
人工智能·whisper·mnn
AC赳赳老秦10 分钟前
OpenClaw实战案例:用Agent实现每日工作日报自动生成+发送
人工智能·python·职场和发展·eclipse·github·deepseek·openclaw
敢敢のwings15 分钟前
NVIDIA Thor学习之 |在Jetson AGX Thor上部署OpenClaw并基于Ollama的边缘AI协作实战(二)
人工智能·学习
OFIRM碳基硅基16 分钟前
OFIRM-AGI-ASI官方标志图01版,发布
人工智能·agi·ofirm颠覆性
haina201921 分钟前
海纳AI正式发布“面试Agent”——实现千岗千面与人机共管的智面新纪元
人工智能·面试·职场和发展