关于卷积神经网络的几种结构

本文探讨了卷积过程及其在特征提取中的应用,并介绍了反卷积作为稀疏编码手段的工作原理。此外,还讨论了dilated convolution在实现多分辨率特性上的作用,以及1×1卷积在网络中的优势。
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卷积的过程就是提取对应特征的过程,获得高维的特征向量。
反卷积的过程事实上是一个稀疏编码的过程,要把卷积拿到的特征向量通过加权恢复到原有的输入图片

关于dilate convolution 可见这篇博文https://zhuanlan.zhihu.com/p/23795111 以及https://github.com/vdumoulin/conv_arithmetic
我认为既然dilate convolution可以通过改变kernel的大小来改变可以看到的视野,那么多个不同的dilate kernel并联在一起就可以做到多分辨率,也就是scale invariant。
比如这样:
这里写图片描述
关于反卷积见这篇博文 http://www.cnblogs.com/yangperasd/p/7071657.html

1*1的卷积神经网络的好处在于:
https://www.zhihu.com/question/56024942
可以方便的进行升维和降维,同时多了一层激活层,提高了非线性性,表达能力增强。
这个思想在google net中有使用

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### 先进卷积神经网络结构概述 卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)作为深度学习领域的重要组成部分,经历了从基础架构到复杂设计的演变。以下是一些先进的卷积神经网络结构及其特点: #### 1. AlexNet AlexNet 是由 Krizhevsky 等人在 2012 年提出的模型,首次在 ImageNet 数据集上取得了突破性的成果[^3]。它的主要特点包括: - 使用 ReLU 激活函数,显著提高了训练速度。 - 引入了 Dropout 技术以减少过拟合。 - 包含多个卷积层和全连接层,利用 GPU 加速训练。 #### 2. VGGNet VGGNet 通过堆叠小尺寸的卷积核(如 3x3)来构建深层网络结构[^1]。其关键特性包括: - 卷积层的深度增加,提升了特征提取能力。 - 小尺寸卷积核减少了参数数量,同时保持了较高的表达能力。 #### 3. GoogleNet(Inception) GoogleNet 提出了 Inception 模块的概念,该模块通过并行使用不同尺寸的卷积核来捕捉多尺度特征。此外: - 引入了辅助分类器,帮助缓解梯度消失问题。 - 使用全局平均池化替代全连接层,减少了参数量。 #### 4. ResNet(残差网络) ResNet 的核心思想是通过引入残差连接(skip connection),解决了深层网络中的梯度消失问题[^1]。其优势包括: - 可以轻松训练上百层甚至上千层的网络。 - 残差块的设计使得优化更加高效。 #### 5. DenseNet(密集连接网络) DenseNet 的特点是每一层都与之前的所有层直接相连,形成密集的特征复用。这种结构的优点在于: - 减少了参数数量,同时增强了特征传播。 - 改善了梯度流,有助于训练更深的网络。 #### 6. ShuffleNet v2 ShuffleNet v2 是一种轻量级的卷积神经网络,特别适用于移动设备和嵌入式系统[^5]。其创新点包括: - 提出了通道分裂(Channel Split)技术,进一步优化了计算效率。 - 在多个复杂度级别上表现优于其他轻量级模型。 ### 比较分析 不同的卷积神经网络结构各有侧重,具体选择取决于应用场景和资源限制: - 如果追求高精度且计算资源充足,可以选择 ResNet 或 DenseNet。 - 对于移动端或资源受限的场景,ShuffleNet v2 和 MobileNet 系列是更好的选择。 - VGGNet 和 GoogleNet 则适合需要平衡精度与复杂度的任务。 ```python # 示例代码:ResNet的基本残差块实现 import torch.nn as nn class BasicBlock(nn.Module): def __init__(self, in_channels, out_channels, stride=1): super(BasicBlock, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size=3, stride=stride, padding=1, bias=False) self.bn1 = nn.BatchNorm2d(out_channels) self.relu = nn.ReLU(inplace=True) self.conv2 = nn.Conv2d(out_channels, out_channels, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False) self.bn2 = nn.BatchNorm2d(out_channels) def forward(self, x): identity = x out = self.conv1(x) out = self.bn1(out) out = self.relu(out) out = self.conv2(out) out = self.bn2(out) out += identity # 残差连接 out = self.relu(out) return out ```
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