几种类型神经网络学习笔记

跟随【导师不教？我来教！】同济计算机博士半小时就教会了我五大深度神经网络，CNN/RNN/GAN/transformer/LSTM一次学会，简直不要太强！_哔哩哔哩_bilibili了解的五大神经网络，整理笔记如下：

视频是唐宇迪博士讲解的，但是这个up主发的有一种东拼西凑的感觉，给人感觉不是很完整

一、卷积神经网络（优势：计算机视觉）

 

 

1、卷积的作用：特征提取，本质就是提取卷积核那个大小区域中的特征值

2、利用不同的卷积核对同一数据进行提取，可以得到多维度的特征图，丰富特征内容

3、边缘填充（padding）可以解决边缘特征在提取时权重不高的问题

4、卷积的结果公式：

　　

 

 

　　其中size'是下一次特征图长或宽，size是这一次特征图的长或宽，kernelsize是卷积核大小，padding留白行数，step为卷积步长

5、为了减少计算量，在一轮卷积中，卷积核的参数是共享的，不会随着位置改变而改变

6、池化层的作用：特征降维

7、通常说几层神经网络的时候，只有带权值与参数的层会被计入，如卷积层与线性层，如池化层这种不带权值与参数的层不会被计入

8、经典的CNN网络模型：AlexNet、VGG、ResNet（利用残差相加提供了增加网络深度的方法）

9、感受野：特征图中特征所代表的原图中区域的大小

10、具有相同的感受野的多个小卷积核组合与一个大卷积核相比，所需要的参数少，特征提取更细致，加入的非线性变换也更多，所以现在基本上都使用小卷积核来进行卷积

二、循环神经网络（RNN)(优势：时间序列问题处理，多用于NLP）

 

 

1、输入数据为特征向量，并且按照时间顺序排列

2、RNN网络缺点是会记忆之前所有的数据，LSTM模型通过加入遗忘门解决了这个问题

3、示例：Word2Vec 文本向量化：创建一个多维的文本空间，一个向量就代表一个词，词义越相近的词在文本空间中的距离也就越近

4、Word2Vec模型中，反向传播的过程中，不仅会更新神经网络，还会更新输入的词向量

5、RNN经典模型：CBOW，skipgram

6、由于数据量大，模型构建方案一般不使用输入一词输出预测词的模式，而是使用输入前一词A和后一词B，输出B在A后的概率，但是由于数据集均为通顺语句采集而来，概率均为1，所以需要人为在数据集中加入错误语句，并且标记概率为0，被称为负采样

三、对抗生成网络（GNN）

 

 1、对抗生成网络分为生成器、判别器、损失函数，其中生成器负责利用噪声生成数据，产生以假乱真的效果，判别器需要火眼金睛，分辨真实数据与虚假数据，损失函数负责让生成器更加真实，让判别器更加强大。

四、Teansformer（功能强大，但是需要很大数据来训练）

1、Transformer由编码器（Encoder）和解码器（Decoder）组成

2、Transfromer的本质就是重组输入的向量，以得到更加完美的特征向量

3、Transfromer的工作流程：

3.1、获取输入句子的每一个单词表示向量X（由单词特征加上位置特征得到）

3.2、将得到的单词表示向量矩阵X传入Encoder中，输出编码矩阵C，C与输入的单词矩阵X维度完全一致

3.3、将矩阵C传递到Decoder中，Decoder依次根据当前翻译过的单词预测下一个单词。

4、Transformer的内部结构如下图所示

 

5、在训练时，Decoder中的第一个Multi-Head Attention采用mask模式，即在预测到第i+1个单词时候，需要掩盖i+1之后的单词。

6、单词的特征获取方法有很多种，比如Word2Vec，Glov算法预训练，或者也可以使用Transformer训练得到，位置特征则可以通过公式得到，公式如下：

 

7、Add是残差链接操作，Norm是LayerNormalization归一化操作，Feed Forward层是两个全连接层，第一个全连接层使用ReLU进行非线性激活，第二个不激活

8、Transformer内部结构存在多个Multi-Head Attention结构，这个结构是由多个Attention组成的多头注意力机制，Attention 注意力机制为Transformer的重点，它可以使模型更加关注那些比较好的特征，忽略差一些的特征

9、Attention内部结构如下图所示

 

10、Attention接收的输入为单词特征矩阵X或者上一个Encoder block的输入，经过三个矩阵WQ、WK、WV的变换得到了三个输入Q、K、V然后经过内部计算得到输出Z

11、Attention内部计算的公式可以概况为

 

12、Multi-Head Attention将多个Attention的输出拼接在一起传入一个线性层，得到最终的输出Z

13、Transformer与RNN相比，不能利用单词顺序特征，所以需要在输入加入位置特征，经过实验，加入位置特征比不加位置特征的效果好三个百分点，位置特征的编码方式不对模型产生影响。

14、VIT是Transfromer在CV领域的应用，VIT第一层的感受野就可以覆盖整张图

15、VIT的结构如下：

 

16、VIT将图片分为多个patch（16*16）然后将patch投影为多个固定长度的向量送入Transformer，利用Transformer的Encoder进行编码，并且在输入序列的0位置加入一个特殊的token，token对应的输出就可以代表图片的类别

17、Transformer需要大量的数据，比CNN多得多，需要谷歌那个级别的数据量

18、TNT模型：VIT将图片分为了16*16的多个patch，TNT认为每个patch还是太大了，可以继续进行分割

19、TNT模型方法：在VIT基础上，将拆分后的patch当作一张图像进行transformer进一步分割，划分为新的向量，通过全连接改变输出特征大小，使其重组后的特征与patch编码大小相同，最后与元素输入patch向量进行相加

20、DETR模型，用于目标检测，结构如下

 

 五、LSTM长短期记忆

这部分基本是代码解析了，就没有记录，我认为LSTM其实就是RNN的一个分支。