卷积神经网络经过卷积/池化之后的图像尺寸及参数个数以及FLOPs

本文详细介绍了卷积神经网络中卷积和池化操作后图像的尺寸计算,以及卷积层的参数个数和FLOPs的计算方法。通过实例展示了不同设置下尺寸的变化,并指出池化层不包含参数。同时,讨论了全连接层的FLOPs计算,以及反卷积的相关参考。

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尺寸大小

卷积

设输入图像尺寸为W * W * 3,卷积核尺寸为F,步幅为S,Padding使用P,共有M个卷积核,则经过该卷积层后输出的图像尺寸为:

[(W-F+2P)/S + 1 ] * [(W-F+2P)/S + 1] * M

常见的F、S和P的设置如下:
  • F = 3, S = 1, P = 1(保持feature map大小不变)
  • F = 5, S = 1, P = 2(保持feature map大小不变)
  • F = 5, S = 2, P = ? (whatever fits)
  • F = 1, S = 1, P = 0(保持feature map大小不变)

这里的[x]代表对x进行下取整

注意:共有M个卷积核,比如第一个卷积核对图像进行卷积,由于图像共有3个通道,其实,这个卷积核就相当于有3个F * F大小的不相同的卷积模板分别对3个通道做卷积再逐相加,形成一个feature map,并不是只有一个F*F大小的卷积核分别对3个通道做卷积再相加(考虑一下,假如只有一个F * F大小的卷积核分别对3个通道做卷积再相加,那不就相当于3个通道直接相加,再和这个卷积核进行卷积吗?这样显然丢失了许多有用信息和重要特征啊!)

池化

设输入图像尺寸为W * W * 3,卷积核尺寸为F,步幅为S(池化时,例如最大池化或平均池化,S的大小通常小于等于F,使每个区域没有重叠),池化一般化不用padding,也没有类似于卷积核个数的概念(所以经过pooling后,一般化channel不变,变的只是每个channel的大小),则经过该池化层后输出的图像尺寸为:

[(W-F)/S + 1 ] * [(W-F)/S + 1] * 3

<think>首先,用户的问题是关于如何计卷积神经网络(CNN)中的参数数量。系统指令要求我使用中文回答,并确保所有数学表达式使用$...$格式,独立公式使用$$...$$格式。另外,我需要生成相关问题,并在回答中引用段落末尾添加引用标识。 用户提供了几个引用,这些是关于CNN参数的。我需要参考这些引用,但必须基于用户的问题来构建回答。用户的问题是:“我想计卷积神经网络参数量 请问如何计卷积神经网络中的参数数量”。 关键点: - 计CNN的参数数量。 - 引用中提到了一些公式和例子。 从引用中提取有用信息: - 引用[1]:提到参数数量计的重要性。 - 引用[2]:讨论了参数数量和计量(FLOPs)。 - 引用[3]:给出了一个例子,计输出尺寸、权重参数数量和乘法计次数。 - 引用[4]:提供了具体计,如每个卷积核的参数个数:对于5x5卷积核,输入通道3,输出通道10,参数为(5*5*3 + 1)*10 = 760。 - 引用[5]:讨论了输出尺寸的计:(N - F)/stride + 1。 回答结构: 1. **解释参数是什么**:在CNN中,参数主要包括卷积核的权重和偏置项。 2. **公式推导**:对于卷积层,参数数量取决于输入通道数、输出通道数、卷积核大小和是否包含偏置。 3. **一般公式**:对于一个卷积层: - 输入通道数:$C_{in}$ - 输出通道数:$C_{out}$ - 卷积核大小:$K \times K$ - 参数数量 = 权重数量 + 偏置数量 - 权重数量 = $C_{out} \times (C_{in} \times K \times K)$ - 偏置数量 = $C_{out}$(每个输出通道一个偏置) - 总参数数量 = $C_{out} \times (C_{in} \times K \times K) + C_{out}$ - 简化:$C_{out} \times (C_{in} \times K^2 + 1)$ 4. **使用$...$格式**:确保所有数学表达式用$...$包围。 5. **独立公式**:对于关键公式,使用$$...$$格式并单独成段。 6. **例子**:使用引用中的例子或创建一个简单例子来说明。 - 例如,引用[4]的例子:输入通道3,输出通道10,卷积核5x5,参数为$10 \times (3 \times 5 \times 5 + 1) = 10 \times 76 = 760$。 7. **其他层**:提到全连接层等其他层的参数,但用户焦点在卷积层。 - 全连接层:输入神经元数$N_{in}$,输出神经元数$N_{out}$,参数数量 = $N_{in} \times N_{out} + N_{out}$(权重加偏置)。 8. **生成相关问题**:在回答结束后,添加“§§相关问题§§”部分,列出相关问题。 9. **引用标识**:在回答中引用段落时,在末尾添加引用标识如[^1]。 回答大纲: - 介绍:解释CNN参数的重要性。 - 详细计:推导卷积层的参数公式。 - 示例:给出一个具体例子。 - 其他层简要:简要提及其他层如池化层(通常无参数)、全连接层。 - 总结。 - 相关问题。 生成相关问题: 基于用户问题,类似示例中的问题: 1. 如何计CNN中的计量(FLOPs)? 2. 卷积参数数量如何影响模型性能? 3. 有哪些减少CNN参数数量的方法? 4. 在CNN中,池化层有参数吗? 5. 如何计残差网络中的参数数量? 确保回答真实可靠:基于标准CNN知识,引用提供的例子。</think>### 如何计卷积神经网络中的参数数量 卷积神经网络(CNN)的参数数量计是模型设计和优化的关键步骤,直接影响模型的存储需求和训练效率[^1]。参数主要包括卷积核的权重(weights)和偏置项(biases),这些参数在训练过程中通过反向传播更新。下面我将逐步解释计方法,重点关注卷积层(这是CNN的核心层),并提供公式和示例。 #### 1. **卷积层的参数数量计** 卷积层是CNN中参数最密集的部分。参数数量取决于输入通道数、输出通道数、卷积核大小以及是否包含偏置项。一般公式如下: - 设: - $C_{in}$:输入通道数(例如,RGB图像的$C_{in} = 3$) - $C_{out}$:输出通道数(即卷积核的数量) - $K$:卷积核大小(通常为$K \times K$的正方形核) - 每个卷积核的参数包括: - 权重数量:每个卷积核有$C_{in} \times K \times K$个权重(因为每个输入通道对应一个$K \times K$的核)。 - 偏置数量:每个输出通道有一个偏置项(通常为1个)。 - 因此,一个卷积核的参数数量为$C_{in} \times K^2 + 1$。 - 由于有$C_{out}$个卷积核,总参数数量为: $$ \text{参数数量} = C_{out} \times (C_{in} \times K^2 + 1) $$ 这个公式是计卷积参数的基础[^4][^5]。注意: - 如果卷积层不包含偏置项(某些实现中可省略),则公式简化为$C_{out} \times C_{in} \times K^2$。 - 步长(stride)和填充(padding)不影响参数数量,它们只改变输出特征图的尺寸,但不改变参数本身[^5]。 #### 2. **示例计** 让我们通过一个具体例子来说明。假设有一个卷积层,输入为64张$256 \times 256$的RGB图像(输入尺寸为$64 \times 3 \times 256 \times 256$,其中64是批量大小,3是输入通道),卷积核大小为$5 \times 5$,输出通道数为6(即6个卷积核)[^3]。 - 输入通道数$C_{in} = 3$ - 输出通道数$C_{out} = 6$ - 卷积核大小$K = 5$ - 代入公式: $$ \text{参数数量} = 6 \times (3 \times 5^2 + 1) = 6 \times (3 \times 25 + 1) = 6 \times 76 = 456 $$ - 解释: - 权重部分:每个卷积核有$3 \times 5 \times 5 = 75$个权重(因为输入有3个通道,每个通道对应一个5x5核)。 - 偏置部分:每个输出通道1个偏置,共6个。 - 总参数:456个。 这个结果与引用中的例子一致[^4]。注意,批量大小(如64)不影响参数数量,因为参数是共享的,只在训练时用于梯度计。 #### 3. **其他层的参数** CNN中还有其他层,但卷积层通常是参数的主要来源: - **全连接层(Fully Connected Layer)**:参数数量取决于输入和输出神经元数。设输入神经元数为$N_{in}$,输出神经元数为$N_{out}$,则参数数量为$N_{in} \times N_{out} + N_{out}$(权重加偏置)[^1]。 - **池化层(Pooling Layer)**:通常无参数(如最大池化或平均池化),因为它们是固定操作,不涉及可训练权重。 - **批量归一化层(Batch Normalization)**:有少量参数(每个通道的缩放因子和偏移量),计为$2 \times C$,其中$C$是通道数[^2]。 - **激活层(如ReLU)**:无参数。 在计整个CNN的参数总量时,需要逐层求和。例如,一个简单CNN可能包括卷积层、池化层和全连接层,只累加有参数的层。 #### 4. **参数的意义和注意事项** - **为什么重要**:参数数量影响模型大小和计效率。参数过多可能导致过拟合和存储开销,过少则可能欠拟合[^1]。 - **实际工具**:在实际中,您可以使用深度学习框架(如PyTorch或TensorFlow)的API自动计参数总量。例如,在PyTorch中调用`model.parameters()`或使用`torchsummary`库。 - **优化提示**:减少参数的方法包括使用更小的卷积核(如3x3代替5x5)、深度可分离卷积(depthwise separable convolution),或增加步长以降低输出尺寸[^2]。 通过以上步骤,您可以准确计任何CNN的参数量。如果您有具体网络架构,我可以帮助逐步计
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