14 深度学习-卷积


2020-06-07 19:01 
广商吴彦祖 
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1.简述人工智能、机器学习和深度学习三者的联系与区别。

要解释这三者之间的关系和应用，最简单的方法就是画一个同心圆，人工智能是最早出现的，也是最大、最外侧的同心圆；其次是机器学习，稍晚一点；最内侧，是深度学习，也是当今人工智能大爆炸的核心驱动。

人工智能（Artificial Intelligence）——为机器赋予人的智能

机器学习—— 一种实现人工智能的方法

机器学习最基本的做法，是使用算法来解析数据、从中学习，然后对真实世界中的事件做出决策和预测。

深度学习——一种实现机器学习的技术

人工神经网络（Artificial Neural Networks）是早期机器学习中的一个重要的算法，历经了数十年的推演。神经网络的原理是受我们大脑的生理结构——互相交叉相连的神经元启发。但与大脑中一个神经元可以连接一定距离内的任意神经元不同，人工神经网络具有离散的层、连接和数据传播的方向。

2. 全连接神经网络与卷积神经网络的联系与区别。

       卷积神经网络也是通过一层一层的节点组织起来的。和全连接神经网络一样，卷积神经网络中的每一个节点就是一个神经元。在全连接神经网络中，每相邻两层之间的节点都有边相连，于是会将每一层的全连接层中的节点组织成一列，这样方便显示连接结构。而对于卷积神经网络，相邻两层之间只有部分节点相连，为了展示每一层神经元的维度，一般会将每一层卷积层的节点组织成一个三维矩阵。

       除了结构相似，卷积神经网络的输入输出以及训练的流程和全连接神经网络也基本一致，以图像分类为列，卷积神经网络的输入层就是图像的原始图像，而输出层中的每一个节点代表了不同类别的可信度。这和全连接神经网络的输入输出是一致的。类似的，全连接神经网络的损失函数以及参数的优化过程也都适用于卷积神经网络。因此，全连接神经网络和卷积神经网络的唯一区别就是神经网络相邻两层的连接方式。

 

3.理解卷积计算。

以digit0为例，进行手工演算。

from sklearn.datasets import load_digits #小数据集8*8

digits = load_digits()

0 0 5 13 9 1 0 0
0 0 13 15 10 15 5 0
0 3 15 2 0 11 8 0
0 4 12 0 0 8 8 0
0 5 8 0 0 9 8 0
0 4 11 0 1 12 7 0
0 2 14 5 10 12 0 0
0 0 6 13 10 0 0 0

卷积核：

14 深度学习-卷积 - 广商吴彦祖

 

 

 

结果：

14 深度学习-卷积 - 广商吴彦祖

 

 

4.理解卷积如何提取图像特征。

读取一个图像；

以下矩阵为卷积核进行卷积操作；

显示卷积之后的图像，观察提取到什么特征。

 

1 0 -1
1 0 -1
1 0 -1

 

1 1 1
0 0 0
-1 -1 -1

 

-1 -1 -1
-1 8 -1
-1 -1 -1

 

卷积API

scipy.signal.convolve2d

tf.keras.layers.Conv2D

5. 安装Tensorflow,keras

参考：https://blog.csdn.net/u011119817/article/details/88309256 

6. 设计手写数字识别模型结构，注意数据维度的变化。

from tensorflow.keras.models import Sequential

from tensorflow.keras.layers import Dense， Flatten, Conv2D, MaxPool2D

model = tf.keras.Sequential()

model.add(Conv2D(…))

model.add(MaxPool2D(…))

...

#可以上传手动演算的每层数据结构的变化过程。model.summary() 

 

参考：

https://www.jianshu.com/p/afe485aa08ce

https://blog.csdn.net/junjun150013652/article/details/82217571

 

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