计划

优化器的作用是什么?例举一下神经网络中常用的优化器?

优化器作用:求出让损失函数最小化的参数。
常用优化器:
1、Adam
关联所有样本的梯度,便于求解全局最优解,始终含有前面梯度的信息,把前面的梯度传到后面
优点:自动调节学习率, 速度快, 梯度传导

2、梯度下降SGD
批量梯度下降:用所有的样本更新参数,计算量大
随机梯度下降:每看一个数据更新参数,更准确,但是计算量大
小批量随机下降:按批来更新参数,前两者的折中
缺点:(1)训练速度慢(2)容易陷入局部最优

什么是感受野,感受野如何计算?

一、感受野的概念
感受野(Receptive Field)的定义:卷积神经网络每一层输出的特征图(feature map)上的像素点映射回输入图像上的区域大小。通俗点的解释是,特征图上一点,相对于原图的大小,也是卷积神经网络特征所能看到输入图像的区域。

二、举例说明
(1)若输入图像的尺寸大小是55,经过两次33的卷积核(其中stride=1,padding=0)后,其感受野大小为5*5,如下图所示:计划_第1张图片

(由卷积计算公式:N=(W-F+2P)/S+1,得到第一次卷积后的图像大小为33,第二次卷积后的图像大小为11)

(2)若输入图像的尺寸大小是77,经过三次33的卷积核(其中stride=1,padding=0)后,其感受野大小为7*7,如下图所示:计划_第2张图片

(由卷积计算公式:N=(W-F+2P)/S+1,得到第一次卷积后的图像大小为55,第二次卷积后的图像大小为33,第三次卷积后的图像大小为1*1)

也就是说,随着卷积核的增多(即网络的加深),感受野会越来越大。

三、感受野的计算

1. 从后往前:即先计算最深层在前一层上的感受野,然后以此类推逐层传递到第一层。
(1)计算公式:计划_第3张图片

其中\(RF_i\), 表示 \(i\) 层感受野大小, \(i\)表示当前特征层的层数, \(stirde\)是卷积的步长, \(K_{sizei}\)是本层卷积核的大小。
(2)注意:
1、感受野大小的计算不考虑padding的大小;
2、最后一层的特征图感受野的大小等于其卷积核的大小,即每个输出特征RF=(1-1)* S + K = K;
3、第i层特征图的感受野大小和第i层的卷积核大小和步长有关系,同时也与第(i+1)层特征图的感受野大小有关。

(3)例子:计划_第4张图片

从最后一层的Pool3池化层开始计算感受野:

pool3:RF=2(最后一层池化层输出特征图的感受野大小等于卷积核的大小)

conv4:RF=(2-1)*1+3=4

conv3:RF=(4-1)*1+3=6

pool2:RF=(6-1)*2+2=12

conv2:RF=(12-1)*1+3=14

pool1:RF=(14-1)*2+2=28

conv1:RF=(28-1)*1+3=30

因此,pool3输出的特征图在输入图片上的感受野为30*30。

2. 从前往后:从初始图像开始,按照网络的前向传播过程,从前往后一层层计算每层的感受野。
(1)计算公式:计划_第5张图片

其中:

  • \(RF_{i+1}\)​表示当前层感受野
  • \(RF_i\)​表示上一层感受野
  • K 表示当前层核大小
  • \(S_n\)表示前面几层的步长之积

规定:

  • 初始feature map的感受野为1,即\(RF_i=1\)
  • 初始s=1。

(2)例子:计划_第6张图片计划_第7张图片

四、感受野的应用

1、小尺寸的卷积代替大尺寸的卷积,可减少网络参数、增加网络深度、扩大感受野(例如:3 个 3 x 3 的卷积层的叠加可以替代7*7的卷积),网络深度越深感受野越大性能越好;
为什么两个3x3卷积等于一个5x5卷积呢?计划_第8张图片

因为他们感受野相同。
这样做有什么好处呢?
1、增加网络层数,层之间可以加入激活函数,增加了网络的非线性表达能力。
2、参数更少,2个3x3的卷积核有18个参数,1个5x5的卷积核有25个参数。

2、对于分类任务来说,最后一层特征图的感受野大小要大于等于输入图像大小,否则分类性能会不理想;

3、对于目标检测任务来说,若感受野很小,目标尺寸很大,或者目标尺寸很小,感受野很大,模型收敛困难,会严重影响检测性能;所以一般检测网络anchor的大小的获取都要依赖不同层的特征图,因为不同层次的特征图,其感受野大小不同,这样检测网络才会适应不同尺寸的目标。

卷积、池化输出大小如何计算?

(H,W)的特征图卷积后的大小如何计算:
假设卷积核大小是(f,f),步长是s,填充是p,那么卷积后:计划_第9张图片

(H,W)的特征图池化后的大小如何计算:计划_第10张图片

一次卷积的计算量是多少?

假设输入是(H,W,C),使用一个size为(f,f)的卷积核,卷积后的输出特征图size为(H',W'),则乘法计算量为:计划_第11张图片

具体分析可看图1。计划_第12张图片

如果使用C'个不同的卷积核,则卷积后的输出特征图的size为:(H',W',C'),那么一次卷积的计算量为:计划_第13张图片

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