人工智能00039 深度学习与图像识别书摘39 卷积神经网络基础

全连接层

全连接层（Fully Connected Layer）可以简单地理解为前面章节中提到的神经网络的一个隐藏层，它包含权重向量W和激活函数。

具体来说，对于一张32*32*3的图片（宽和高均为32个像素，有RGB三个通道，可以将其理解为一个32*32*3的矩阵），要通过全连接层，首先要将其拉伸为3072*1的向量作为神经网络隐藏层的输入，然后该向量与权重向量W做点乘操作，再将点乘后的结果作为激活函数（如Sigmoid或tanh）的输入，最终，激活函数输出的结果便是全连接层的最终结果。

说明：

当完成激活（activation）后的结果为一维向量时，通常将该结果称为特征向量（或激活向量）；当激活后的结果为二维向量时，通常称为特征层（feature map，有时也称为激活层，activation map）。由于后面要介绍的卷积层也需要经过激活函数，因此卷积操作得到的结果通常被称为“特征层”。

卷积层

（Convolution Layer）与全连接层不同，它保留了输入图像的空间特征，即对于一张32*32*3的图片而言，卷积层的输入就是32*32*3的矩阵，不需要做任何改变。

在卷积层中，我们引入了一个新的概念：卷积核kernel（常简称为卷积，有时也称为滤波器filter）。

卷积的大小可以在实际需要时自定义其长和宽（常见的卷积神经网络中通常将其设置为1*1、3*3、5*5等），其通道个数一般设置为与输入图片通道数量一致。

必要的概念已经介绍完毕，接下来我们讲一下卷积的过程：让卷积（核）在输入图片上依次进行滑动，滑动方向为从左到右，从上到下；每滑动一次，卷积（核）就与其滑窗位置对应的输入图片x做一次点积计算并得到一个数值。 这里需要提到另外一个概念：步长（stride）。

步长是指卷积在输入图片上移动时需要移动的像素数，如步长为1时，卷积每次只移动1个像素，计算过程不会跳过任何一个像素，而步长为2时，卷积每次移动2个像素。

补充说明： 卷积每次滑动覆盖的格子范围在图像处理中被称为“感受野”，这个名词在后文中还会用到。

卷积神经网络是由一系列卷积层经过激活来得到的。

与传统神经网络不同的是，卷积层的计算是含有空间信息的。 PyTorch中的卷积函数代码具体如下：  classtorch.nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size, stride=1, padding=0, dilation=1, groups=1, bias=True)

in_channels (int) ：输入图片的channel

out_channels (int) ：输出图片（特征层）的channel kernel_size (int or tuple) ：kernel的大小

stride (int or tuple, optional) ：卷积的步长，默认为1

padding (int or tuple, optional) ：四周pad的大小，默认为0

dilation (int or tuple, optional) ：kernel元素间的距离，默认为1（dilation翻译为扩张，有时候也称为“空洞”，有专门的文章研究dilation convolution）

groups (int, optional) ：将原始输入channel划分成的组数，默认为1（初级读者暂时可以不必细究其用处）

bias (bool, optional) ：如果是Ture，则输出的bias可学，默认为True