【深度学习】CNN 中 1x1 卷积核的作用

最近研究 GoogLeNet 和 VGG 神经网络结构的时候，都看见了它们在某些层有采取 1x1 作为卷积核，起初的时候，对这个做法很是迷惑，这是因为之前接触过的教材的例子中最小的卷积核是 3x3 ，那么，1x1 的卷积核有什么意义呢？

最初应用 1x1 卷积核的神经网络是 Network In Network，然后 GoogLeNet 和 VGG 也不约而同的更正了。

他们在论文中解释，大概有下面 2 个意义。

1、增加网络的深度

这个就比较好理解了，1x1 的卷积核虽小，但也是卷积核，加 1 层卷积，网络深度自然会增加。

其实问题往下挖掘，应该是增加网络深度有什么好处？为什么非要用 1x1 来增加深度呢？其它的不可以吗？

其实，这涉及到感受野的问题，我们知道卷积核越大，它生成的 featuremap 上单个节点的感受野就越大，随着网络深度的增加，越靠后的 featuremap 上的节点感受野也越大。因此特征也越来越抽象。

但有的时候，我们想在不增加感受野的情况下，让网络加深，为的就是引入更多的非线性。

而 1x1 卷积核，恰巧可以办到。

我们知道，卷积后生成图片的尺寸受卷积核的大小和跨度影响，但如果卷积核是 1x1 ，跨度也是 1，那么生成后的图像大小就并没有变化。

但通常一个卷积过程包括一个激活函数，比如 Sigmoid 和 Relu。

所以，在输入不发生尺寸的变化下，却引入了更多的非线性，这将增强神经网络的表达能力。

2、升维或者是降维

大家可以看下面这张图：

我们可以直观地感受到卷积过程中：卷积后的的 featuremap 通道数是与卷积核的个数相同的

所以，如果输入图片通道是 3，卷积核的数量是 6 ，那么生成的 feature map 通道就是 6，这就是升维，如果卷积核的数量是 1，那么生成的 feature map 只有 1 个通道，这就是降维度。

值得注意的是，所有尺寸的卷积核都可以达到这样的目的。

那为什么要用 1x1 呢

原因就是数据量的大小，我们知道在训练的时候，卷积核里面的值就是要训练的权重，3x3 的尺寸是 1x1 所需要内存的 9 倍，其它的类似。所以，有时根据实际情况只想单纯的去提升或者降低 feature map 的通道，1x1 无疑是一个值得考虑的选项。