最新基于MATLAB 2023a的机器学习、深度学习教程

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前沿

MATLAB的深度学习工具箱提供了丰富的函数和算法，涵盖了从数据预处理到模型训练的全过程。可以轻松地导入和处理大规模数据集，利用批量导入和Datastore类函数高效地进行数据操作。MATLAB还提供了直观的深度网络设计器，能够快速构建和定制网络结构，无需编写繁琐的代码。同时，MATLAB与TensorFlow、PyTorch等深度学习框架的协同工作功能能够灵活地与其他平台进行交互，充分发挥各自的优势。另外，MATLAB的深度学习工具箱在模型可解释性和特征可视化方面也具备突出的优势。可以通过特征图可视化、卷积核可视化和类别激活可视化等方法，深入理解深度学习模型的工作原理和决策过程。MATLAB还提供了CAM、LIME、GRAD-CAM等常用的可解释性方法，解释和解读模型的预测结果。

一，MATLAB 2023a深度学习工具箱新特性

1、MATLAB Deep Learning Toolbox概览

2、实时脚本（Live Script）与交互控件（Control）功能

3、批量大数据导入及Datastore类函数功能

4、数据清洗（Data Cleaning）功能

5、深度网络设计器（Deep Network Designer）功能

6、实验管理器（Experiment Manager）功能介绍

7、MATLAB Deep Learning Model Hub简介

8、MATLAB与TensorFlow、PyTorch等深度学习框架协同工作功能

9、MATLAB Deep Learning Toolbox Examples简介

二，卷积神经网络（Convolutional Neural Network, CNN）

1、深度学习与传统机器学习的区别与联系

2、卷积神经网络的基本原理（什么是卷积核？CNN的典型拓扑结构是怎样的？CNN的权值共享机制是什么？CNN提取的特征是怎样的？）

3、LeNet、AlexNet、Vgg-16/19、GoogLeNet、ResNet等经典深度神经网络的区别与联系

4、预训练模型（Alexnet、Vgg-16/19、GoogLeNet、ResNet等）的下载与安装

5、优化算法（梯度下降、随机梯度下降、小批量随机梯度下降、动量法、Adam等）

6、调参技巧（参数初始化、数据预处理、数据扩增、批量归一化、超参数优化、网络正则化等）

7、案例：（1）CNN预训练模型实现物体识别

（2）利用卷积神经网络抽取抽象特征

（3）自定义卷积神经网络拓扑结构

（4）1D CNN模型解决回归拟合预测问题

三，模型可解释性与特征可视化Model Explanation and Feature Visualization

1、什么是模型可解释性？为什么需要对CNN模型进行解释？

2、常用的可视化方法有哪些（特征图可视化、卷积核可视化、类别激活可视化等）？

3、CAM（Class Activation Mapping）、LIME（Local Interpretable Model-agnostic Explanation）、GRAD-CAM等方法原理

四，迁移学习算法（Transfer Learning）

1、迁移学习算法的基本原理（为什么需要迁移学习？迁移学习的基本思想是什么？）

2、基于深度神经网络模型的迁移学习算法

3、案例：基于Alexnet预训练模型的模型迁移

五，循环神经网络与长短时记忆神经网络（RNN & LSTM）

1. 循环神经网络（RNN）与长短时记忆神经网络（LSTM）的基本原理

2. RNN与LSTM的区别与联系
案例

1）时间序列预测

2）序列-序列分类

六，时间卷积网络（Temporal Convolutional Network, TCN）

1. 时间卷积网络（TCN）的基本原理

2. TCN与1D CNN、LSTM的区别与联系
案例

1）时间序列预测：新冠肺炎疫情预测

2）序列-序列分类：人体动作识别

七，生成式对抗网络（Generative Adversarial Network）

1、生成式对抗网络GAN（什么是对抗生成网络？为什么需要对抗生成网络？对抗生成网络可以做什么？）

2、案例：向日葵花图像的自动生成

八，自编码器（AutoEncoder）

1、自编码器的组成及基本工作原理

2、经典自编码器（栈式自编码器、稀疏自编码器、去噪自编码器、卷积自编码器、掩码自编码器等）

3、案例：基于自编码器的图像分类

九，目标检测YOLO模型

1、什么是目标检测？目标检测与目标识别的区别与联系？YOLO模型的工作原理

2、案例：(1)标注工具Image Labeler功能简介与演示

(2)使用预训练模型实现图像、视频等实时目标检测

(3)训练自己的数据集：新冠疫情佩戴口罩识别

十，U-Net模型

1、语义分割（Semantic Segmentation）简介

2、U-Net模型的基本原理

3、案例：基于U-Net的多光谱图像语义分割