面试官问，1x1 的卷积有什么用？

大家好啊，我是董董灿。

黄金10月，秋招已经开始了。不知最近有没有小伙伴在投简历面试呢?

回想起几年前我面试某大厂的时候，被问到了很多深度学习相关的知识，那时的我懂的不多，可以说是被面试官360度无死角蹂躏。

那次面试，印象最深的是问了很多与卷积相关的问题，导致我后来工作一段时间看到卷积就时不时的去查些资料，害怕自己又理解错了。

今天就介绍一个我曾经被问到的问题，那就是：在卷积神经网络中，1x1的卷积都有什么作用？

1、在卷积神经网络中，1x1的卷积有什么作用呢？

大概有以下几个作用。

第一是可以实现输出feature map(特征图)的升维和降维

第二个是可以减少模型中的参数量，从而减少计算量，提升模型的推理性能

除此之外，就是使用1x1的卷积可以增加网络的深度，从而提升模型的非线性表达能力。

2、1x1的卷积是如何实现升维和降维的

这里说的1x1的卷积实现升维和降维的功能，指的是 feature map 通道维度的改变，也即特征维度的改变。

这是因为1x1的卷积，卷积核长宽尺寸都是 1，在计算的过程中，不存在长、宽方向像素之间的融合计算(乘累加计算)，而仅仅存在通道之间的融合计算。

因此，在这种情况下，1x1的卷积所能改变的仅仅是通道数。

而从卷积算法上可以看出，卷积核的个数就是卷积输出的通道数。因此如果想让输出特征图的通道数增大，就要使用更多数量的卷积核来做卷积，从而实现特征维度的升或者降。

3、1x1的卷积是如何减少模型参数的

减少参数量可以这么理解：在输出相同特征图的前提下，将一个普通的卷积，替换成一个1x1的卷积加上另一个卷积，先进行降维，然后计算，如此一来整体的计算量要比普通卷积少。

举个例子，如上图所示。

假设一个卷积的输入通道是128，输出通道是32，如果不使用1x1的卷积，那么整个卷积的乘累加计算量是:

28x28x128x3x3x32 = 28901376

而如果使用1x1的卷积先降维处理，然后在降维之后的特征图上进行一个卷积计算，那么整体的乘累加计算量为：

128x28x28x16 + 28x28x16x3x3x32 = 5218304

两者对比，后者比前者减少了80%的计算量。

4、如何理解1x1卷积可以提升模型的非线性表达能力

神经网络模拟的就是一个非线性系统，之所以在卷积层后面增加非线性层，比如Relu层，其实就是这个道理。

而1x1的卷积可以使得在完成相同卷积功能的前提下，网络的层数变得更深(如上面的例子，一个普通卷积变成了2层卷积)。

网络层数的加深，就会导致更多非线性层数的增加，从而使得整个神经网络模型的非线性表达能力更强。

5、1x1的卷积还有其他哪些优势吗

1x1的卷积还可以增加通道之间的融合程度。

由于1x1卷积不存在长宽方向的像素融合，所有的计算都是通道之间的交叉计算，因此，可以更好的完成通道间的融合，而通道代表的是特征，因此可以更好的实现特征融合。

这一点，和全连接类似(因为1x1的卷积就可以表示为全连接)。

总结：如果在面试过程中被问到关于1x1的卷积问题，把上面的几点回答出来，这个问题基本就可以了，不知道有没有小伙伴被问道过这个问题呢？

卷积这一算法其实还有很多有意思的地方，最近在做一个项目，我也在不断梳理旧知识，学习新知识。

最后，祝各位小伙伴在秋招中表现出色，都能拿到满意的offer~