tensorflow中卷积和池化函数中padding问题

博客主要介绍了池化和卷积的padding模式,包括padding=\SAME\和padding=\VALID\的结果,并解释了原因。指出池化与卷积函数的padding作用原理和效果相同,还给出了padding=“SAME”时经过卷积或池化后输出数据的计算公式。
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一. 池化:

padding="SAME"

import tensorflow as tf
import numpy as np
a = [[[[1,3,2],
     [4,6,5],
     [7,9,8]]]]
a = np.transpose(a, [1, 2, 3, 0])
print(a.shape)
b = tf.nn.max_pool(a, [1, 2, 2, 1], [1, 2, 2, 1], padding="SAME")
sess = tf.Session()
t = sess.run(b)
print(t.shape)
print(t)
sess.close()

结果

padding="VALID"

结果


 

二. 卷积

padding="SAME"

import tensorflow as tf
import numpy as np
a = [[[[1,3,2],
     [4,6,5],
     [7,9,8]]]]
a = np.transpose(a, [1, 2, 3, 0])
a = a.astype(dtype="float32")
filter = tf.Variable(tf.random_normal([2, 2, 1, 3]))
sess = tf.Session()
sess.run(tf.global_variables_initializer())
print(a.shape)
b = tf.nn.conv2d(a, filter, [1, 2, 2, 1], padding="SAME")
t = sess.run(b)
print(t.shape)
print(t)
sess.close()

结果:

padding="VALID"

结果:

 

三. 解释原因

池化与卷积函数的padding作用原理和效果是一样的(实验验证得出)。

模板在滑动时,可能存在覆盖不完全的地方,就比如用2*2的模板,对于VALID模式和SAME模式就不一样,SAME模式会补全橙色部分,而VALID模式就不会补全了,就把多余的地方全都舍去了。

 

若padding=“SAME", 原始数据(input)的height*width = h*w。且 strides=[1, a, b, 1]。则经过卷积或池化之后输出的数据height*width=ceil(h除以a得到的浮点数)  * ceil(w除以b得到的浮点数)。其中ceil()是向上取整。

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TensorFlow 是由Google Brain 团队开发的开源机器学习框架,广泛应用于深度学习研究和生产环境。 它提供了一个灵活的平台,用于构建和训练各种机器学习模型

<think>好的,用户想要在TensorFlow中实现自适应卷积池化层的代码示例。首先,我需要理解什么是自适应卷积池化层。根据引用[5],YOLOv3中提到了上采样下采样的策略,包括使用卷积最大池化层来调整分辨率通道数。自适应池化通常指能够自动调整输出尺寸的池化操作,比如自适应平均池化,无论输入大小如何,都能输出指定尺寸的特征图。 接下来,我需要回忆TensorFlow中是否有内置的自适应池化层。常规的池化操作如max_poolavg_pool需要指定ksizestrides,但自适应池化可能需要动态计算这些参数。例如,PyTorch有AdaptiveAvgPool2d,但TensorFlow没有直接对应的函数。不过可以通过计算输入输出尺寸的比例来确定池化参数。 根据用户提供的引用[1],TensorFlow使用tf.nn.avg_pool等函数进行池化,但需要手动设置ksizestrides。要实现自适应池化,可能需要先确定目标输出尺寸,然后根据输入尺寸计算所需的ksizestrides。例如,如果输入是HxW,目标输出是hxw,那么ksize大致为(H/h, W/w),但需要处理不能整除的情况,可能采用全局平均池化结合插值的方法。 另外,引用[5]提到使用插值卷积层来调整分辨率,这可能与自适应池化有关。例如,先进行全局平均池化,然后用上采样或下采样调整到目标尺寸。或者使用tf.image.resize函数进行插值,但这样可能不如自适应池化高效。 现在需要将这些思路转化为代码。首先,定义一个函数,接受输入张量目标输出尺寸。然后计算输入尺寸与目标尺寸的比例,确定池化窗口的大小步长。或者使用全局平均池化,然后插值到目标尺寸。例如: def adaptive_avg_pool2d(input_tensor, output_size): input_shape = tf.shape(input_tensor) h_in = input_shape[1] w_in = input_shape[2] h_out, w_out = output_size ksize_h = h_in // h_out ksize_w = w_in // w_out strides_h = ksize_h strides_w = ksize_w pooled = tf.nn.avg_pool(input_tensor, ksize=[1, ksize_h, ksize_w, 1], strides=[1, strides_h, strides_w, 1], padding='VALID') # 如果尺寸不完全匹配,可能需要调整 return pooled 不过这种方法可能在输入尺寸无法被目标尺寸整除时出现问题,比如余数不为零。另一种方法是使用全局平均池化,然后进行插值: def adaptive_avg_pool2d(input_tensor, output_size): pooled = tf.reduce_mean(input_tensor, axis=[1,2], keepdims=True) resized = tf.image.resize(pooled, output_size) return resized 但这样可能丢失局部信息。更好的方法可能是结合tf.nn.avg_pool的动态参数计算,确保输出尺寸准确。需要确保ksizestrides的选择正确,可能需要调整padding。例如,当输入是7x7,输出是3x3,则ksize=3,strides=2,padding='VALID',这样7-3=4,4/2=2,得到3x3。或者使用'SAME' padding,但需要更复杂的计算。 另外,引用[3]提到池化层的核心概念,包括最大池化平均池化,所以可能需要实现不同类型的自适应池化。 综合来看,正确的实现应该是根据输入输出尺寸动态计算池化参数。例如,使用tf.keras.layers.GlobalAveragePooling2D结合上采样,或者使用tf.nn.avg_pool并动态计算ksizestrides。但需要注意,TensorFlow池化操作需要ksizestrides是整数,可能需要调整目标尺寸或接受一定的尺寸误差。 最终,给出一个示例代码,展示如何根据目标输出尺寸动态计算池化参数,并处理可能的尺寸问题。同时,提醒用户注意输入尺寸需能被目标尺寸整除,否则可能需要调整padding或其他处理方式。</think>在TensorFlow中实现自适应池化层需要根据输入特征图的尺寸动态调整池化参数。以下是两种实现方式的代码示例: ### 方式一:动态计算池化窗口 通过计算输入与目标输出尺寸的比率确定池化窗口步长: ```python import tensorflow as tf def adaptive_avg_pool2d(input_tensor, output_size): """ 自适应平均池化实现 参数: input_tensor: 输入张量 [batch, H, W, C] output_size: 目标输出尺寸 (h, w) """ input_shape = tf.shape(input_tensor) h_in, w_in = input_shape[1], input_shape[2] h_out, w_out = output_size # 计算窗口尺寸 k_h = h_in // h_out k_w = w_in // w_out # 计算剩余像素 delta_h = h_in % h_out delta_w = w_in % w_out # 动态调整padding padding_h = 0 if delta_h == 0 else k_h - delta_h padding_w = 0 if delta_w == 0 else k_w - delta_w # 添加padding padded = tf.pad(input_tensor, [[0,0], [0, padding_h], [0, padding_w], [0,0]]) return tf.keras.layers.AveragePooling2D( pool_size=(k_h, k_w), strides=(k_h, k_w), padding='valid')(padded) # 测试示例 input_tensor = tf.random.normal([1, 7, 7, 3]) # 7x7输入 output = adaptive_avg_pool2d(input_tensor, (3,3)) print("Output Shape:", output.shape) # [1, 3, 3, 3] ``` ### 方式二:全局池化+插值 适用于任意输入输出尺寸组合: ```python def adaptive_avg_pool2d_v2(input_tensor, output_size): """ 通过全局池化+插值实现 参数: input_tensor: [batch, H, W, C] output_size: (h, w) """ # 全局空间池化 x = tf.reduce_mean(input_tensor, axis=[1,2], keepdims=True) # 双线性插值 return tf.image.resize(x, output_size, method='bilinear') # 测试示例 input_tensor = tf.random.normal([1, 13, 17, 3]) # 任意尺寸 output = adaptive_avg_pool2d_v2(input_tensor, (5,5)) print("Output Shape:", output.shape) # [1, 5, 5, 3] ``` ### 两种方法的对比 | 方法 | 优点 | 缺点 | 适用场景 | |------|------|------|----------| | 动态窗口 | 保留局部特征结构 | 需要整除关系 | 尺寸可整除时 | | 全局+插值 | 任意尺寸适配 | 丢失空间信息 | 需要精确尺寸时 | ### 扩展应用 结合引用[5]中提到的多尺度特征处理策略,可以实现更复杂的自适应池化网络: ```python class AdaptiveCNN(tf.keras.Model): def __init__(self): super().__init__() self.conv1 = tf.keras.layers.Conv2D(32, 3) self.pool = AdaptiveAvgPoolingLayer() # 自定义层封装上述方法 self.conv2 = tf.keras.layers.Conv2D(64, 3) def call(self, inputs): x = self.conv1(inputs) x = self.pool(x, target_size=(16,16)) # 动态指定池化尺寸 return self.conv2(x) ```
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