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计算CNN卷积神经网络中各层的参数数量「附代码」

计算CNN卷积神经网络中各层的参数数量「附代码」

作者: 小锋学长 | 来源:发表于2020-07-05 09:08 被阅读0次
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    每个对机器学习感兴趣的机器学习工程师/软件开发人员/学生都在卷积神经网络(也称为CNN)上工作。我们有一个一般理论,即如何训练网络对图像进行分类。但是,刚接触机器学习/神经网络的人们并不了解CNN如何精确地学习参数。

    我们知道,在每个转换层中,网络都试图了解基本模式。例如:在第一层中,网络尝试学习图案和边缘。在第二层中,它尝试了解形状/颜色和其他内容。最后一层称为要素层/完全连接层尝试对图像进行分类。

    在学习参数之前,我们需要了解卷积网络中的一些基本概念,这对修改/重用源代码非常有帮助。

    CNN网络中存在各种层。

    输入层:所有输入层所做的都是读取图像。因此,这里没有学习参数。

    卷积层:考虑一个以“ l ”个特征图为输入并以“ k ”个特征图为输出的卷积层。过滤器尺寸为“ n * m ” 。

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    在此,输入具有l = 32个特征图作为输入,k = 64个特征图作为输出,并且过滤器大小为n = 3和m = 3。重要的是要理解,我们不只是拥有3 * 3过滤器,而是实际上拥有3 * 3 * 32过滤器,因为我们的输入具有32个尺寸。作为第一转换层的输出,我们学习了64个不同的3 * 3 * 32滤波器,总权重为“ n * m * k * l ”。然后,每个特征图都有一个称为“偏差”的术语。因此,参数总数为“ (n * m * l + 1)* k ”.

    池化层:池化层中没有可以学习的参数。该层仅用于减小图像尺寸。

    完全连接层:在此层中,所有输入单元对每个输出单元都具有可分离的权重。对于“ n ”个输入和“ m ”个输出,权数为“ n * m ”。另外,该层对于每个输出节点都有偏差,因此“ (n + 1)* m ”个参数。

    输出层:此层是完全连接的层,因此当“ n ”是输入数而“ m ”是输出数时,参数(n + 1)m。

    CNN层的最后一个困难是第一个完全连接的层。我们不知道完全连接层的尺寸,因为它是卷积层。要计算它,我们必须从输入图像的大小开始,并计算每个卷积层的大小。

    在简单的情况下,输出CNN层的大小被计算为“ input_size-(filter_size-1) ”。例如,如果输入image_size为(50,50)且filter为(3,3),则(50-(3-1))= 48。但是卷积网络的输入图像的大小不应小于输入的大小,因此可以进行填充。

    因此可以进行填充。
    要计算填充,请输入input_size + 2 * padding_size-(filter_size-1)。对于上述情况,(50+(2 * 1)-(3-1)= 52–2 = 50)给出相同的输入大小。
    如果我们想明确地想在卷积过程中对图像进行下采样,则可以定义一个跨度。
    最后,要计算网络学习的参数数量(n * m * k + 1)* f.

    让我们在给定的代码中看到这一点。

    import keras
    
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    input_1(输入层)的形状为(None,96,96,1),参数为0。在整个程序中,stride = 1,kernel_size = 2 * 2,padding = same。

    卷积_1:(((kernel_size)* stride + 1)* filters)= 3 * 3 * 1 + 1 * 32 = 320个参数。在第一层中,卷积层具有32个滤镜。

    Dropout_1:Dropout层不执行任何操作。它只是删除低于所述权重的节点。

    Convolutional_2:由于convolutional_1已经学习了32个过滤器。所以数量该层中的可训练参数为3 * 3 * 32 + 1 * 32 = 9248,依此类推。

    Max_pooling_2d:此层用于减小输入图像的大小。kernal_size =(2,2)在这里使用。因此输入图像96减少到一半48。模型从这一层学不到任何东西。

    Convolutional_3: 3 * 3 * 32 + 1 * 64 = 18496,依此类推。

    最后,所有的参数总结在一起。

    总训练参数= 7,759,521可训练参数= 7,759,251非训练参数= 0。

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    Have a great day..!

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