卷积神经网络基础

卷积层

1.可参考此文章： https://blog.csdn.net/tjlakewalker/article/details/83275322
2.实现代码:

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import torch.nn as nn
conv = nn.Conv2d(in_channels=3,   #输入通道
                 out_channels=64, #输出通道
                 kernel_size=3,   #卷积核
                 stride=1)        #步长
print(conv)
# 结果：Conv2d(3, 64, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1))

3.输出矩阵的大小计算公式

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W：输入矩阵边长  F：过滤器边长  P：填充数  S：步长
输出的正方形矩阵边长：(W-F+2P)/S+1

反卷积

简单地说就是卷积的反向操作

pytorch中有两种反卷积方法

1.双线性插值上采样:

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import torch.nn as nn
bilinear_layer = nn.UpsamplingBilinear2d(size = None,             #期望的输出尺寸
                                         scale_factor = None)     #缩放因子：决定缩放的大小

2.转置卷积

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import torch.nn as nn
transpose_conv = nn.ConvTranspose2d(in_channels = None,    #输入通道
                                    out_channels = None,   #输出通道
                                    kernel_size = None,    #卷积核
                                    stride = None,         #步长
                                    padding = None)       #填充数

转置卷积是通过学习的方式，即在训练中更新卷积核的参数，完成上采样，其计算结果更具鲁棒性，缺点是会增加模型的训练时间和训练参数；其代码比卷积层代码仅多了一个填充参数，其余参数不变

池化层

1.最大池化

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import torch.nn as nn
maxpool_layer = nn.MaxPool2d(kernel_size = None,    #卷积核
                             stride = None,         #步长
                             padding = None,        #填充数
                             dilation = None,       #膨胀数
                             return_indices = None, #是否返回元素的位置信息
                             ceil_mode=None)        #是否向上取整

2.平均池化

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import torch.nn as nn
average_layer = nn.AvgPool2d(kernel_size = None,        #卷积核
                             stride = None,             #步长
                             padding = None,            #填充数
                             ceil_mode=None)            #是否向上取整

3.Mixed pooling
4.Stochastic Pooling

特点：

1.池化层是对输入的特征图进行压缩

2.池化层可以使特征图变小简化计算

3.池化不断抽取局部区域的特征，但不关心区域的位置，目标位置在较小的移动之后扔保持相同的结果，在一定程度上可以增加了平移不变性

正则化层

全称Batch Normalization（BN）,就是归一化处理

好处：减轻对初始数据的依赖；加速训练，学习率可以设置更高

坏处：一来batch的大小，batch不同，方差和均值的计算不稳定。------>BN层不适合batch较小的场景，也不适合RNN(RNN是动态网络结构，batch有长有短)，只适合batch较大的场景

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import torch.nn as nn
conv = nn.Conv2d(in_channels=3,   #输入通道
                 out_channels=64, #输出通道
                 kernel_size=3,   #卷积核
                 stride=1)        #步长
BN = nn.BatchNorm2d(64)           #BN层参数紧跟卷积层的输出参数

全连接层

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import torch.nn as nn
linear = nn.Linear(in_features=None,   #输入通道数
                   out_features=None)  #输出通道数：一般是输出类别数

当特征图纬度过大时，可以通过几个全连接层完成降纬，最后一个全连接层的输出通道为最终的分类类别：

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import torch.nn as nn
linear_1 = nn.Linear(2048,512)  #通过两个全连接层由2048降至5
linear_2 = nn.Linear(512,5)

代码参数含义可以参考torch中文社区查找

https://pytorch-cn.readthedocs.io/zh/latest/