卷积神经网络

1.传统前馈神经网络和卷积神经网络

左图：传统前馈神经网络  右图：卷积神经网络

在上图中我们看到左图是没有深度的，而右图增加了深度。

左图：全连接神经网络（平面），组成：输入层、激活函数、全连接层

右图：卷积神经网络（立体），组成：输入层、卷积层、激活函数、池化层、全连接层

2.卷积层计算

卷积层类似于滤波器

fliter在原始输入上滑动，我们得到新的特征，滑动过程中有步长的概念。就上图而言输入时32x32x3，输出是5x5x3，我们每个fliter（单层）与每一个输入（单层）进行卷积操作，然后，得到28x28的输出层三个，我们需要对这三个进行求和，然后加上偏置项，最后得到28x28x1的卷积输出层。

步长：即fliter滑动的步长，步长越长，提取的特征越多，但是需要的计算时间也就越多。

输出层和输入层之间的关系：

输出层和输入层大小

stride是步长，pad是卷积的补偿，即是为了防止边缘的特征提取少于中间的特征提取，所以加入了补偿。如下图所示

多个fliter在输入上滑动

上图中，我们看到多个fliter在输入上滑动，我们会得到多个输出，一般我们会使用多个fliter。

在卷积神经网络中，有一个非常重要的特性：权值共享。

所谓的权值共享就是说，给一张输入图片，用一个filter去扫这张图，filter里面的数就叫权重，这张图每个位置是被同样的filter扫的，所以权重是一样的，也就是共享。

3.池化层

池化层

上图显示，池化就是对特征图进行特征压缩，池化也叫做下采样。选择原来某个区域的max或mean代替那个区域，整体就浓缩了。下面演示一下pooling操作，需要制定一个filter的尺寸、stride、pooling方式（max或mean）：

最大池化

4.卷积神经网络组成

卷积神经网络结构

5.反向传播

前向传播

6.卷积神经网络架构

VGGNet深度更多，有很多卷积层和池化层。一个版本有16层，另一个版本有19层（较常用）。

VGGNet的特点：

filter只有3*3的，意味着计算的特征较多，粒度更细。同时pooling的参数也有固定。

注意：传统的卷积神经网络层数越多并以意味着效果更好。而在2016年推出了深度残差网络达到了152层。后续讲介绍。

那么训练一个VGGNet有多少内存开销呢？

从图可得知，训练过程中一张224*224*3的图像会有138M个参数会占93MB的内存。因此每个batch中图像的数目应该受内存的约束，即 93*图像数目<内存总容量。