机器学习基础-卷积的计算

1 掌握卷积计算的基本过程

1.1 单通道单卷积核

如图3所示,现在有一张形状为[5,5,1]的灰度图,我们需要用图3右边的卷积核对其进行卷积处理,同时再考虑到偏置的作用。计算过程如下:

1.2 单通道多卷积核

如下图所示,左边为输入矩阵,我们现在要用右边所示的两个卷积核对其进行卷积处理。

最后我们便能得到下图右边所示的,形状为[3,3,2]的卷积特征图,其中2表示两个特征通道。

1.3 多通道单卷积核

对于多通道的卷积过程,总体上还是还是同之前的一样,都是每次选取特定位置上的神经元进行卷积,然后依次移动直到卷积结束。下面我们先来看看多通道单卷积核的计算过程。

左边为包含有三个通道的输入,右边为一个卷积核和一个偏置。注意,强调一下右边的仅仅只是一个卷积核,不是三个。因为输入是三个通道,所以在进行卷积的时候,对应的每一个卷积核都必须要有三个通道才能进行卷积。下面我们就来看看具体的计算过程。

1.4 多通道多卷积核

其他计算

  • 通道:需要10个 5×5 的卷积核,每个卷积核的深度等于输入通道数,即3。

  • 填充(Padding):对于 5×5 的卷积核,为了保持宽高不变,应使用 padding = (kernel_size - 1) / 2。因此,padding = (5 - 1) / 2 = 2

  • 步幅可设置为1

  • 总参数数量:

    • 每个卷积核的参数数量是:5×5×3+1(其中+1是因为每个卷积核还有一个偏置项)。

    • 因此,对于10个这样的卷积核,总的参数数量是10×(5×5×3+1)=760

  • 乘法次数

    • 每个位置上的乘法次数为:5×5×3=75
    • 输入特征图的每个位置都会被卷积操作覆盖一次,因此总的乘法次数为: 75×640×480×10=230,400,000

padding,stride的作用

填充(Padding)和步幅(Stride)是卷积神经网络(CNN)中两个非常重要的超参数,它们对卷积层的输出特征图尺寸有直接影响。理解这两个参数的作用对于设计有效的卷积神经网络至关重要。

填充

  • 是什么:Padding是指在输入数据(通常是图像)的边界周围添加额外的填充层。这个填充层可以是零值(称为零填充,zero-padding),也可以是其他类型的值。
  • 作用:① 保持输入和输出的空间尺寸一致
    防止信息在边界处丢失
    控制感受野:我们可以控制覆盖输入区域的大小。

步幅

  • 是什么:指卷积核在输入数据上移动的步长。具体来说,就是每次卷积操作后,卷积核沿宽度和高度方向移动的像素数量。
  • 作用:① 减少空间尺寸控制模型复杂度 :较大的步幅可以减少模型的参数数量和计算量,有助于防止过拟合,并加速训练过程。
    增加感受野:较大的步幅意味着每个输出单元覆盖更大的输入区域,因此可以捕捉更广泛的信息。
相关推荐
流光容易把人抛4 分钟前
Claude Code & CCSwitch Mac 安装配置详细教程
人工智能
ai产品老杨9 分钟前
突破品牌壁垒:基于 GB28181 与 RTSP 的异构 AI 视频平台架构深度解析(支持 Docker 与源码交付)
人工智能·架构·音视频
科研前沿10 分钟前
多视角相机驱动的室内人员空间定位技术白皮书
大数据·人工智能·python·科技·数码相机·音视频
得一录21 分钟前
大模型需要量化的原因
人工智能
weixin_4171970523 分钟前
四大科技巨头狂砸7250亿美元:AI算力军备竞赛白热化
人工智能·科技
sali-tec36 分钟前
C# 基于OpenCv的视觉工作流-章61-点线距离
图像处理·人工智能·opencv·计算机视觉
人工智能AI技术37 分钟前
闭环执行基础:思考→行动→观察→反思完整链路
人工智能
罗西的思考38 分钟前
【GUI-Agent】阿里通义MAI-UI 代码阅读(1)— 总体
人工智能·机器学习·ui·transformer
蝎子莱莱爱打怪41 分钟前
用好CC,事半功倍!Claude Code 命令大全,黄金命令推荐、多模型配置、实践指南、Hooks 和踩坑记录大全
前端·人工智能·后端