CNN卷积神经网络

卷积神经网络CNN,属于深度学习，推荐july算法的一个公开课，https://www.julyedu.com/video/play/18/134 这是看完之后的一份总结。

逻辑回归到感知器

z=θ0+θ1X1+θ2X2

a=g(z)=11+e−z

神经网络

神经网络包括输入层，隐含层，输出层。

类似于LR或者linear svm对数据进行线性分割，多次训练，对神经元进行逻辑与操作，得到线段的交集，形成一个个凸集，再对相同类别进行并集。

神经网络的实现：http://python.jobbole.com/82208/

卷积神经网络

卷积神经网络依旧是层级网络，但是层的功能和形式做了变化，包括数据输入层，卷积计算层，ReLU激励层，池化层，全连接层。

1.数据输入层 input layer

三种常见的图像数据处理方式：

1. 去均值，把输入数据的各维度中心化到0，减去均值

2. 归一化：幅度归一化到一个范围

3. PCA降维/白化：对数据每个特征轴上的幅度归一化

2.卷积计算层 CONV layer

1. 局部关联，每个神经元看做一个filter，窗口滑动，filter对局部数据计算，只关系部分维度，深度(depth,神经元层数)步长(stride，每次移动的数)，填充值(用0填充边界，保证所有都被覆盖)，演示网址http://cs231n.github.io/assets/conv-demo/index.html
2. 参数共享机制 假设每个神经元连接数据窗的权重是固定的。固定每个神经元权重，可以看做模板，每个神经元只关注一个特性，需要估算的权重个数减少，一组固定的权重和不同的窗口内数据做内积

3.ReLU激励层 ReLU layer

把卷积层输出结果做非线性映射，可以用sigmoid，Tanh(双曲正切),Relu,Leaky ReLU,Maxout函数

4.池化层 Pooling layer

函数做映射，夹在连续的卷基层中间，压缩数据和参数的量，减少过拟合。max pooling 优于average pooling

5.全连接层 FC layer

两层之间所有神经元都有权重连接，通常全连接层在卷积神经网络尾部。

训练算法

与一般的机器学习算法一样，先定义loss function，衡量与实际结果之间的差距。找到最小化损失函数的w和b，CNN中的算法是SGD(随机梯度下降，需要计算w和b的偏导，BP算法(反向传播算法)就是用来计算偏导的，BP算法的核心是求导链式法则。)

优点

共享卷积核，对高维数据处理无压力

无需手动选择特征，训练好权重，即得特征

分类效果好

缺点

需要调参，需要大量的样本，训练最好要GPU

物理含义不明确 可解释性不强

典型CNN

Lenet，AlexNet， ZF Net，GoogleNet，VGGNet

fine tuning

使用已用于其他目标，预训练好模型的权重或者部分权重，作为初始值开始训练。

原因：自己从头训练训练卷积神经网络容易出现问题，fine-tuning能较快的收敛到一个较理想的状态

做法：使用相同层的权重，新定一层取随机权重初始值，调大新定义层的学习率，调小复用层的学习率。

常用框架

caffe:源于Berkeley的主流CV工具包，支持C++,Matlab，python语言，Model Zoo中有大量预训练好的模型供使用

Torch:Facebook用的卷积神经网络工具包，通过时域卷积的本地接口，使用非常直观，定义新网络层简单。

TensorFlow:Google的深度学习框架，TensorBoard可视化很方便，数据和模型并行化好，速度快。