卷积神经网络（CNN）【第三章】

Convolutional Neural Network (CNN)

Image Classification

这类问题需要将图像的输入大小一致化

Tensor：超过二维的矩阵

将图片打平然后作为网络的输入

由于输出较多，如果使用 Fully connected Network 很容易出现 Overfitting。

那如何避免 Overfitting ?

通过观察我们可以发现把图片的某些部分作为输入就够了。

将 $3\ast 3\ast 3$ 的一块区域 作为一个 Receptive Field，每个 Neuron 只需要考虑自己的 Receptive Field 中的东西，再将其拉直，然后作为一个 Neuron 的输入。

Receptive Field 大小等可以自己定义。

Receptive Field 典型的设置：

一般来说 Channel 都会被考虑，所以我们只需要考虑 高和宽了，也就是 Kernel Size，一般使用 $3\ast 3$ 的 Kernel Size。

移动的范围：Stride（步长）。

超出范围(overlap)的解决办法：padding 扩充图片。

对有的 Receptive Field 共享参数，因为输入不一样，输出不一样，而如果输入一样的话，其输出就一样。

两个 Receptive Field 都具有多个 Neuron，如果他们的第一个 Neuron 共享参数，这组参数就叫做 filter 1。

由于一张图片不需要看全部而只需要看一小部分，所以出现了 Receptive Field 的概念，所以这个 Neuron 的弹性变小了，加入参数共享之后，有的 Neuron 的参数就会一模一样。

Fully Connected 的 Network 它可以自己决定 Neuron 看一张图片的全部还是一部分。

Convolutional Layer

有一排 filter，一个 filter 的大小：$3\ast 3\ast channel$，filter 用于在图片里面抓取 Pattern。

假如 channel 大小是 1，filter 是一个 $3\ast 3$ 的 Tensor，而 Tensor 中的数值就是 model 里面的 参数，假设这些参数已知。

这些 filter 如何在图片上侦测 pattern?

新产生的 Tensor 叫做：Feture Map

第二层的 filter 的 channel 大小是 64

network 叠的越深，他所能看到的范围越就会来越大。

Neuron 对应的参数就是 filter 中的数值。

将一个 filter 扫过一张图片叫做 Convolution。而一张 filter 扫过一张图片，就相当于 Neuron 共享同一组参数。

Pooling — Max Pooling

可以发现一张图片缩小（subsampling）后看，还是可以看出图片的本质。

通过 Pooling 可以到达缩小图片的效果。
目的：减少数据和运算量。

max pooling：$x\ast y$ 的大小进行分组并选最大的。

一般的 CNN 结构。

Spatial Transformer Layer

CNN is not invariant to scaling and rotation

Fully connected Network 可以实现对图片进行旋转，平移，缩放（可以通过参数值来实现）。

缩放/扩大

旋转