30、卷积 - 参数 stride 的作用

卷积运算中的 stride 参数控制了卷积核移动速度,影响计算量和输出特征图大小。增大 stride 可减少计算量,控制特征图尺寸,并在一定程度上缓解过拟合。灵活设置不同方向的 stride 对于优化模型性能和资源利用至关重要。

在卷积运算中,还有一个参数叫做 stride,它对卷积的运算以及运算结果影响也很大。

还是先看卷积动图,从图上你能猜到 stride 参数在哪吗?

在卷积操作中,stride 指的是卷积核在滑动过程中每次跳过的像素数量

stride 决定了卷积核在输入图像上移动的速度。例如,如果 stride 为1,那么卷积核每次就移动一个像素;如果 stride 为2,那么卷积核每次就移动两个像素。

也就是上图卷积核每次扫描时跳过的像素的个数。在上面动图用,展示的 stride 是2。

stride 的作用

从跳扫描这个动作中,就不难猜到它的第一个作用,也是我认为大部分卷积都配置 stride > 1 时的原因,那就是减少计算量。

减小计算量

增大 stride,我们可以减少卷积核需要覆盖的像素数量,从而减小计算量,这对于大规模数据集和复杂模型来说,是很重要的,可以大大节省计算资源和训练/推理时间。

控制输出特征图的大小

通过调整stride,我们可以控制生成的特征图的大小。增大 stride 会使特征图变小,而减小 stride 会使特征图变大。

这对于设计网络结构和优化

### 关于卷积神经网络中卷积核的Stride参数卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)中,卷积操作的核心之一是滑动窗口机制。这个滑动窗口由卷积核定义,而 **stride 参数** 控制着卷积核每次移动的步幅大小。 #### Stride 的基本概念 当卷积核在输入特征图上进行扫描时,stride 定义了其水平方向和垂直方向上的移动距离。如果 stride 设置为 1,则表示卷积核每次只移动一个像素;若设置为更大的值(如 2 或更高),则意味着卷积核将以更大幅度跳跃式前进[^1]。 这种设计直接影响最终输出特征图的空间尺寸计算方式如下所示: \[ H_{out} = \frac{H_{in} + 2P - K}{S} + 1 W_{out} = \frac{W_{in} + 2P - K}{S} + 1 \] 其中 \( H_{in}, W_{in} \) 表示输入的高度宽度,\( P \) 是填充量 (padding),\( K \) 则代表卷积核大小,最后 S 就是我们讨论的重点——即 stride 值[^1]。 #### Stride 对模型的影响 - **减少维度**: 较高的 stride 可显著减小输出特征图的分辨率,从而降低后续层所需处理的数据规模并节省内存消耗。 - **感受野扩展**: 随着层数加深,在保持相同数量级参数情况下,较大的 strides 能够让深层单元覆盖更大范围的感受野区域,有助于捕捉全局模式而非局部细节[^3]. - **控制容量**: 合理配置 strided convolutions 还可以帮助调节整个架构复杂度或者表达能力,防止因过度密集采样而导致不必要的冗余运算发生. 需要注意的是,虽然增大 stride 提供了一些优势,但它也可能带来信息丢失的风险特别是对于细粒度的任务而言可能并不适用因此实际应用过程中需谨慎选取最佳组合方案以平衡精度与效率之间的矛盾关系[^4]. ```python import torch.nn as nn # Example of defining a convolution layer with specific stride value. conv_layer = nn.Conv2d(in_channels=3, out_channels=64, kernel_size=(3,3), stride=2) ```
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