CNN原理+超参数优化

本文深入探讨了卷积神经网络(CNN)的原理,包括卷积层的作用——特征提取和减小参数,池化层的功能——提取关键特征,以及Flatten层和全连接层如何进行特征表达和多分类。此外,还介绍了CNN模型训练中的反向传播和全连接层的详细解释。接着,文章转向超参数优化的主题,引用了相关资源来进一步理解超参数调优的方法。

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原理

参考:https://www.cnblogs.com/charlotte77/p/7759802.html

卷积层:

作用:特征提取,减小参数

池化层:

作用:将卷积层提取的特征中最能反映该特征的特征值取出来

Flattern layer和全连接层:

作用:前者将前面得到的feature_map这种矩阵拍平,拍平后作为输入输入到全连接层,全连接层输出后使用softmax得到多分类的概率

下面的机器之心的回答讲解的更细致准确:

参考:https://www.zhihu.com/question/52668301

1、cnn的结构为:input——conv——relu——conv——relu——pool——relu——conv——relu——pool——fully connected

而在卷积层中用来提取特征的矩阵叫卷积核(也叫过滤器)

在cnn中离输入层越近的卷积层(筛选出来的特征值)对应的特征越低级,越远越高级。例如筛选的特征从左到右依次为曲线特征,圆形特征。

在全连接层,当使用softmax激活函数时,全连接层的输出是一个n维向量,n是多分类问题的类别数量

模型的训练是通过一个名为反向传播的训练过程来调整过滤器值(或权重)(这里参照西瓜书反向传播部分),cnn也有其他模型训练时用到的损失函数、评价指标,求解参数(过滤器值或权重)时也用的是梯度下降法。

全连接层的解释:

画图解释:https://zhuanlan.zhihu.com/p/23178423

全连接层中的“卷积”操作:https

### 黑翅鸢优化算法调整卷积神经网络(CNN)的超参数 #### 超参数的选择与定义 在应用黑翅鸢优化算法(BKA)来优化CNN的过程中,首先需要明确哪些超参数可以被优化。常见的可调超参数包括但不限于: - 卷积层中的卷积核大小 - 神经元数量 - 学习率 - 正则化参数(如L2正则化系数) - Batch size - 迭代次数(Epochs) 这些超参数对于最终模型性能有着至关重要的影响[^4]。 #### BKA算法原理简介 BKA是一种新型的元启发式优化方法,灵感来源于自然界中黑翅鸢的行为模式。通过模拟其觅食活动以及群体协作特性,在搜索空间内寻找全局最优解。此算法具有良好的收敛性和鲁棒性,适用于解决复杂的非线性问题[^5]。 #### 实现流程概述 为了实现对CNN超参数的有效调节,具体操作如下所示: 1. 初始化种群位置; 2. 计算适应度值并记录当前最佳个体; 3. 更新个体速度和位置; 4. 判断终止条件是否满足;如果不满足,则返回第2步继续执行直到找到满意的解决方案为止。 在此过程中,每一个粒子代表一组可能的超参数配置方案,并且随着迭代逐步逼近理想状态。 ```matlab function [bestParams, bestFitness] = optimizeCNNWithBKA() % 定义初始参数范围和其他必要设置 populationSize = 10; % 种群规模 maxIterations = 100; % 最大迭代次数 lowerBound = [...]; % 各个维度下界 upperBound = [...]; % 各个维度上界 positions = rand(populationSize, length(lowerBound)) .* ... (upperBound - lowerBound) + lowerBound; velocities = zeros(size(positions)); personalBestPositions = positions; globalBestPosition = min(personalBestPositions); for iter = 1:maxIterations fitnessValues = arrayfun(@(posIdx) evaluateCNN(posIdx), 1:populationSize); [~, idxOfMinFitVal] = min(fitnessValues); currentGlobalBestPositon = positions(idxOfMinFitVal,:); if isBetter(currentGlobalBestPositon,globalBestPosition) globalBestPosition = currentGlobalBestPositon; end updateVelocitiesAndPositions(); end bestParams = globalBestPosition; bestFitness = evaluateCNN(globalBestPosition); end ``` 上述伪代码展示了如何构建一个简单的框架用于执行基于BKA的CNN超参寻优任务。其中`evaluateCNN()`函数负责评估给定的一组超参数对应的CNN表现情况,而`isBetter()`, `updateVelocitiesAndPositions()`则是辅助功能模块的一部分[^1]。
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