卷积神经网络

 

   为什么除了人工神经网络，又冒出来卷积神经网络、循环神经网络等等，因为之前人工神经网络的框架，对于高纬度的图像等数据需要求的W太多。卷积神经网络，可以参数共享（指的是各神经元有自己的固定参数），保持了层级网络结构，不同层次有不同形式（运算）与功能（而人工神经网络都是全连接）。三个关键点：local connectivity ; share weights(parameter shareing) ; Pooling & subsampling 主要有以下层次：

数据输入层\卷积计算层（conv layer）\激励层\池化层\全连接层\batch normalization

输入层：去均值（训练集上均值，会有不同求均值方式）、归一化、PCA

卷积计算层：每个神经元看做一个filter，窗口滑动，filter对局部数据计算。（某个点只和它局部的点相关），局部关联性；每个神经元做自己的一份工作，只关注一个特性，由32*32*3变成2*2*3*5，A和B用的参数不同。

深度（depth）：分工分给了几个同学，有多少个神经元

步长（stride）：这个窗口到下一个窗口怎么跳

填充值（zero-padding）：为了橱窗刚好贴合，可在边缘填补0

计算，点积（逐点做乘积然后求和）；参数共享机制，假设每个神经元连接数据窗的权重是固定的，每个神经元只关注一个特性。一组固定的权重和不同窗口内数据做内积叫做卷积。

 

激励层（relu）：把卷积层输出结果做非线性映射，使得叠加有意义；类似开关的东西，控制前面的信息要不要传，有没有帮助，需要信息的压缩和控制。传递函数包括sigmoid, Tanh, ReLU（修正线性单元）, Leaky ReLU, ELU, Maxout等。Sigmoid存在一定的问题，SGD求导时，很大部分sigmoid函数的切线为0，带来梯度离散的问题，使得模型无法学习。

实际经验，在CNN中尽量不要用sigmoid，首先试试Relu，但要小心点，有可能不收敛，如果失效用leaky relu或者maxout。

池化层pooling：尽管有参数共享，可以减少一定的参数量，但如果神经元的个数比较多，参数还是较多，因此能不能降维呢或者数据压缩呢，因此有了池化层，实际是下采样过程，防止过拟合。有两种方式，一种叫Max pooling，另一种叫average pooling，池化层和卷积层的滑动方式是一样的，唯一的区别是，它不做点乘，而是做的取最大值或者平均值。其作用也类似于特征选择，选出我们人能看到图片的最耀眼的区域。

全连接FC: 两层之间所有神经元都有权重连接，通常全连接层在卷积神经网络尾部

一般CNN的结构依次为：输入，然后若干个卷积接激励，可能后面会接一个池化层，后面可能会接若干个全连接。

训练算法：

先定义LOSS Function，此时的损失函数需要对卷积层、激励层和池化层都求导，很大的混合函数，求偏导依然是链式法则，利用SGD迭代和更新W和b。w=w-η（αJ（w）/αW）

优缺点：

 

正则化与过拟合

神经网络学习能力强，可能过拟合，随机使一部分神经元失去活性Drop out（随机失活），训练的时候要drop out ，预测的时候不要