Python与CNN的碰撞详解

目录
  • AlexNet介绍
    • idea
    • 过拟合
    • 卷积后矩阵尺寸计算公式
    • AlexNet网络结构
    • model代码
  • VGGNet介绍
    • idea
    • 感受野
    • VGGNet网络结构
    • model代码

AlexNet介绍

AlexNet是2012年ISLVRC 2012(ImageNet Large Scale Visual RecognitionChallenge)竞赛的冠军网络,分类准确率由传统的 70%+提升到 80%+。它是由Hinton和他的学生Alex Krizhevsky设计的。也是在那年之后,深度学习开始迅速发展。

idea

(1)首次利用 GPU 进行网络加速训练。

(2)使用了 ReLU 激活函数,而不是传统的 Sigmoid 激活函数以及 Tanh 激活函数。

(3)使用了 LRN 局部响应归一化。

(4)在全连接层的前两层中使用了 Dropout 随机失活神经元操作,以减少过拟合。

过拟合

根本原因是特征维度过多,模型假设过于复杂,参数过多,训练数据过少,噪声过多,导致拟合的函数完美的预测训练集,但对新数据的测试集预测结果差。 过度的拟合了训练数据,而没有考虑到泛化能力。

解决方案

使用 Dropout 的方式在网络正向传播过程中随机失活一部分神经元。

卷积后矩阵尺寸计算公式

经卷积后的矩阵尺寸大小计算公式为: N = (W − F + 2P ) / S + 1

① 输入图片大小 W×W

② Filter大小 F×F

③ 步长 S

④ padding的像素数 P

AlexNet网络结构

layer_name kernel_size kernel_num padding stride
Conv1 11 96 [1, 2] 4
Maxpool1 3 None 0 2
Conv2 5 256 [2, 2] 1
Maxpool2 3 None 0 2
Conv3 3 384 [1, 1] 1
Conv4 3 384 [1, 1] 1
Conv5 3 256 [1, 1] 1
Maxpool3 3 None 0 2
FC1 2048 None None None
FC2 2048 None None None
FC3 1000 None None None

model代码

from tensorflow.keras import layers, models, Model, Sequential
def AlexNet_v1(im_height=224, im_width=224, num_classes=1000):
    # tensorflow中的tensor通道排序是NHWC
    input_image = layers.Input(shape=(im_height, im_width, 3), dtype="float32")  # output(None, 224, 224, 3)
    x = layers.ZeroPadding2D(((1, 2), (1, 2)))(input_image)                      # output(None, 227, 227, 3)
    x = layers.Conv2D(48, kernel_size=11, strides=4, activation="relu")(x)       # output(None, 55, 55, 48)
    x = layers.MaxPool2D(pool_size=3, strides=2)(x)                              # output(None, 27, 27, 48)
    x = layers.Conv2D(128, kernel_size=5, padding="same", activation="relu")(x)  # output(None, 27, 27, 128)
    x = layers.MaxPool2D(pool_size=3, strides=2)(x)                              # output(None, 13, 13, 128)
    x = layers.Conv2D(192, kernel_size=3, padding="same", activation="relu")(x)  # output(None, 13, 13, 192)
    x = layers.Conv2D(192, kernel_size=3, padding="same", activation="relu")(x)  # output(None, 13, 13, 192)
    x = layers.Conv2D(128, kernel_size=3, padding="same", activation="relu")(x)  # output(None, 13, 13, 128)
    x = layers.MaxPool2D(pool_size=3, strides=2)(x)                              # output(None, 6, 6, 128)
    x = layers.Flatten()(x)                         # output(None, 6*6*128)
    x = layers.Dropout(0.2)(x)
    x = layers.Dense(2048, activation="relu")(x)    # output(None, 2048)
    x = layers.Dropout(0.2)(x)
    x = layers.Dense(2048, activation="relu")(x)    # output(None, 2048)
    x = layers.Dense(num_classes)(x)                  # output(None, 5)
    predict = layers.Softmax()(x)
    model = models.Model(inputs=input_image, outputs=predict)
    return model
class AlexNet_v2(Model):
    def __init__(self, num_classes=1000):
        super(AlexNet_v2, self).__init__()
        self.features = Sequential([
            layers.ZeroPadding2D(((1, 2), (1, 2))),                                 # output(None, 227, 227, 3)
            layers.Conv2D(48, kernel_size=11, strides=4, activation="relu"),        # output(None, 55, 55, 48)
            layers.MaxPool2D(pool_size=3, strides=2),                               # output(None, 27, 27, 48)
            layers.Conv2D(128, kernel_size=5, padding="same", activation="relu"),   # output(None, 27, 27, 128)
            layers.MaxPool2D(pool_size=3, strides=2),                               # output(None, 13, 13, 128)
            layers.Conv2D(192, kernel_size=3, padding="same", activation="relu"),   # output(None, 13, 13, 192)
            layers.Conv2D(192, kernel_size=3, padding="same", activation="relu"),   # output(None, 13, 13, 192)
            layers.Conv2D(128, kernel_size=3, padding="same", activation="relu"),   # output(None, 13, 13, 128)
            layers.MaxPool2D(pool_size=3, strides=2)])                              # output(None, 6, 6, 128)
        self.flatten = layers.Flatten()
        self.classifier = Sequential([
            layers.Dropout(0.2),
            layers.Dense(1024, activation="relu"),                                  # output(None, 2048)
            layers.Dropout(0.2),
            layers.Dense(128, activation="relu"),                                   # output(None, 2048)
            layers.Dense(num_classes),                                                # output(None, 5)
            layers.Softmax()
        ])
    def call(self, inputs, **kwargs):
        x = self.features(inputs)
        x = self.flatten(x)
        x = self.classifier(x)
        return x

VGGNet介绍

VGG在2014年由牛津大学著名研究组VGG (Visual Geometry Group) 提出,斩获该年ImageNet竞赛中 Localization Task (定位 任务) 第一名 和 Classification Task (分类任务) 第二名。

idea

通过堆叠多个3x3的卷积核来替代大尺度卷积核 (减少所需参数) 论文中提到,可以通过堆叠两个3x3的卷 积核替代5x5的卷积核,堆叠三个3x3的 卷积核替代7x7的卷积核。

假设输入输出channel为C

7x7卷积核所需参数:7 x 7 x C x C = 49C^2

3x3卷积核所需参数:3 x 3 x C x C + 3 x 3 x C x C + 3 x 3 x C x C = 27C^2

感受野

在卷积神经网络中,决定某一层输出 结果中一个元素所对应的输入层的区域大 小,被称作感受野(receptive field)。通俗 的解释是,输出feature map上的一个单元 对应输入层上的区域大小。

感受野计算公式

F ( i ) =(F ( i + 1) -1) x Stride + Ksize

F(i)为第i层感受野, Stride为第i层的步距, Ksize为卷积核或采样核尺寸

VGGNet网络结构

model代码

from tensorflow.keras import layers, Model, Sequential
#import sort_pool2d
import tensorflow as tf
CONV_KERNEL_INITIALIZER = {
    'class_name': 'VarianceScaling',
    'config': {
        'scale': 2.0,
        'mode': 'fan_out',
        'distribution': 'truncated_normal'
    }
}
DENSE_KERNEL_INITIALIZER = {
    'class_name': 'VarianceScaling',
    'config': {
        'scale': 1. / 3.,
        'mode': 'fan_out',
        'distribution': 'uniform'
    }
}
def VGG(feature, im_height=224, im_width=224, num_classes=1000):
    # tensorflow中的tensor通道排序是NHWC
    input_image = layers.Input(shape=(im_height, im_width, 3), dtype="float32")
    x = feature(input_image)
    x = layers.Flatten()(x)
    x = layers.Dropout(rate=0.5)(x)
    x = layers.Dense(2048, activation='relu',
                     kernel_initializer=DENSE_KERNEL_INITIALIZER)(x)
    x = layers.Dropout(rate=0.5)(x)
    x = layers.Dense(2048, activation='relu',
                     kernel_initializer=DENSE_KERNEL_INITIALIZER)(x)
    x = layers.Dense(num_classes,
                     kernel_initializer=DENSE_KERNEL_INITIALIZER)(x)
    output = layers.Softmax()(x)
    model = Model(inputs=input_image, outputs=output)
    return model
def make_feature(cfg):
    feature_layers = []
    for v in cfg:
        if v == "M":
            feature_layers.append(layers.MaxPool2D(pool_size=2, strides=2))
        # elif v == "S":
        #     feature_layers.append(layers.sort_pool2d(x))
        else:
            conv2d = layers.Conv2D(v, kernel_size=3, padding="SAME", activation="relu",
                                   kernel_initializer=CONV_KERNEL_INITIALIZER)
            feature_layers.append(conv2d)
    return Sequential(feature_layers, name="feature")
cfgs = {
    'vgg11': [64, 'M', 128, 'M', 256, 256, 'M', 512, 512, 'M', 512, 512, 'M'],
    'vgg13': [64, 64, 'M', 128, 128, 'M', 256, 256, 'M', 512, 512, 'M', 512, 512, 'M'],
    'vgg16': [64, 64, 'M', 128, 128, 'M', 256, 256, 256, 'M', 512, 512, 512, 'M', 512, 512, 512, 'M'],
    'vgg19': [64, 64, 'M', 128, 128, 'M', 256, 256, 256, 256, 'M', 512, 512, 512, 512, 'M', 512, 512, 512, 512, 'M'],
}
def vgg(model_name="vgg16", im_height=224, im_width=224, num_classes=1000):
    assert model_name in cfgs.keys(), "not support model {}".format(model_name)
    cfg = cfgs[model_name]
    model = VGG(make_feature(cfg), im_height=im_height, im_width=im_width, num_classes=num_classes)
    return model

到此这篇关于Python与CNN的碰撞详解的文章就介绍到这了,更多相关Python CNN内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们!

(0)

相关推荐

  • Python实现CNN的多通道输入实例

    CNN可以同时进行多通道的输入,例如一张彩色图片可以分解成RGB三个通道输入给CNN,当使用自己的数据集时,可以通过numpy来实现数据的多通道输入. 假设我们有两个组数据a和b: a = np.linspace(1,100,100) b = np.linsapce(-1,-100,100) 然后将a和b转变成四维数组,TensorFlow接收的数据时四维数组 a = a.reshape(4,1,5,5) b = b.reshape(4,1,5,5) 这样我们就得到了两个batch_size =

  • python人工智能tensorflow构建卷积神经网络CNN

    目录 简介 隐含层介绍 1.卷积层 2.池化层 3.全连接层 具体实现代码 卷积层.池化层与全连接层实现代码 全部代码 学习神经网络已经有一段时间,从普通的BP神经网络到LSTM长短期记忆网络都有一定的了解,但是从未系统的把整个神经网络的结构记录下来,我相信这些小记录可以帮助我更加深刻的理解神经网络. 简介 卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)是一类包含卷积计算且具有深度结构的前馈神经网络(Feedforward Neural Networks),

  • Python人工智能深度学习CNN

    目录 1.CNN概述 2.卷积层 3.池化层 4.全连层 1.CNN概述 CNN的整体思想,就是对图片进行下采样,让一个函数只学一个图的一部分,这样便得到少但是更有效的特征,最后通过全连接神经网络对结果进行输出. 整体架构如下: 输入图片 →卷积:得到特征图(激活图) →ReLU:去除负值 →池化:缩小数据量同时保留最有效特征 (以上步骤可多次进行) →输入全连接神经网络 2.卷积层 CNN-Convolution 卷积核(或者被称为kernel, filter, neuron)是要被学出来的,

  • Python搭建Keras CNN模型破解网站验证码的实现

    在本项目中,将会用Keras来搭建一个稍微复杂的CNN模型来破解以上的验证码.验证码如下: 利用Keras可以快速方便地搭建CNN模型,本项目搭建的CNN模型如下: 将数据集分为训练集和测试集,占比为8:2,该模型训练的代码如下: # -*- coding: utf-8 -*- import numpy as np import pandas as pd from sklearn.model_selection import train_test_split from matplotlib im

  • Python CNN卷积神经网络实战教程深入讲解

    目录 一.CNN简介 1. 神经网络基础 2. 卷积一下哦 3. 卷积计算 二.CNN实例代码 一.CNN简介 1. 神经网络基础 输入层(Input layer),众多神经元(Neuron)接受大量非线形输入讯息.输入的讯息称为输入向量. 输出层(Output layer),讯息在神经元链接中传输.分析.权衡,形成输出结果.输出的讯息称为输出向量. 隐藏层(Hidden layer),简称“隐层”,是输入层和输出层之间众多神经元和链接组成的各个层面.如果有多个隐藏层,则意味着多个激活函数. 2

  • 使用Python OpenCV为CNN增加图像样本的实现

    我们在做深度学习的过程中,经常面临图片样本不足.不平衡的情况,在本文中,作者结合实际工作经验,通过图像的移动.缩放.旋转.增加噪声等图像变换技术,能快速.简便的增加样本数量. 本文所有案例,使用OpenCV跨平台计算机视觉库,在Python3.6上实现,关于Python及OpenCV安装使用,请参照本人早先资料,详见参考内容. 1. 图片拼接及平移 1.1. 图像移动 图像平移是将图像的所有像素坐标进行水平或垂直方向移动,也就是所有像素按照给定的偏移量在水平方向上沿x轴.垂直方向上沿y轴移动.

  • Python+Tensorflow+CNN实现车牌识别的示例代码

    一.项目概述 本次项目目标是实现对自动生成的带有各种噪声的车牌识别.在噪声干扰情况下,车牌字符分割较困难,此次车牌识别是将车牌7个字符同时训练,字符包括31个省份简称.10个阿拉伯数字.24个英文字母('O'和'I'除外),共有65个类别,7个字符使用单独的loss函数进行训练. (运行环境:tensorflow1.14.0-GPU版) 二.生成车牌数据集 import os import cv2 as cv import numpy as np from math import * from

  • Python中人脸图像特征提取方法(HOG、Dlib、CNN)简述

    目录 人脸图像特征提取方法 (一)HOG特征提取 (二)Dlib库 (三)卷积神经网络特征提取(CNN) 人脸图像特征提取方法 (一)HOG特征提取 1.HOG简介 Histogram of Oriented Gridients,缩写为HOG,是目前计算机视觉.模式识别领域很常用的一种描述图像局部纹理的特征.它的主要思想是在一副图像中,局部目标的表象和形状能够被梯度或边缘的方向密度分布很好地描述.其本质为:梯度的统计信息,而梯度主要存在于边缘的地方. 2.实现方法 首先将图像分成小的连通区域,这

  • Python神经网络TensorFlow基于CNN卷积识别手写数字

    目录 基础理论 一.训练CNN卷积神经网络 1.载入数据 2.改变数据维度 3.归一化 4.独热编码 5.搭建CNN卷积神经网络 5-1.第一层:第一个卷积层 5-2.第二层:第二个卷积层 5-3.扁平化 5-4.第三层:第一个全连接层 5-5.第四层:第二个全连接层(输出层) 6.编译 7.训练 8.保存模型 代码 二.识别自己的手写数字(图像) 1.载入数据 2.载入训练好的模型 3.载入自己写的数字图片并设置大小 4.转灰度图 5.转黑底白字.数据归一化 6.转四维数据 7.预测 8.显示

  • Python与CNN的碰撞详解

    目录 AlexNet介绍 idea 过拟合 卷积后矩阵尺寸计算公式 AlexNet网络结构 model代码 VGGNet介绍 idea 感受野 VGGNet网络结构 model代码 AlexNet介绍 AlexNet是2012年ISLVRC 2012(ImageNet Large Scale Visual RecognitionChallenge)竞赛的冠军网络,分类准确率由传统的 70%+提升到 80%+.它是由Hinton和他的学生Alex Krizhevsky设计的.也是在那年之后,深度学

  • Python字典底层实现原理详解

    在Python中,字典是通过散列表或说哈希表实现的.字典也被称为关联数组,还称为哈希数组等.也就是说,字典也是一个数组,但数组的索引是键经过哈希函数处理后得到的散列值.哈希函数的目的是使键均匀地分布在数组中,并且可以在内存中以O(1)的时间复杂度进行寻址,从而实现快速查找和修改.哈希表中哈希函数的设计困难在于将数据均匀分布在哈希表中,从而尽量减少哈希碰撞和冲突.由于不同的键可能具有相同的哈希值,即可能出现冲突,高级的哈希函数能够使冲突数目最小化.Python中并不包含这样高级的哈希函数,几个重要

  • python神经网络Densenet模型复现详解

    目录 什么是Densenet Densenet 1.Densenet的整体结构 2.DenseBlock 3.Transition Layer 网络实现代码 什么是Densenet 据说Densenet比Resnet还要厉害,我决定好好学一下. ResNet模型的出现使得深度学习神经网络可以变得更深,进而实现了更高的准确度. ResNet模型的核心是通过建立前面层与后面层之间的短路连接(shortcuts),这有助于训练过程中梯度的反向传播,从而能训练出更深的CNN网络. DenseNet模型,

  • 利用Python实现面部识别的方法详解

    人脸识别正在成为软件开发中的一种趋势.它有助于识别人脸并使应用程序更加健壮.在本教程中,我们将使用python和face_recognition库创建一个简单的人脸识别. 对于开发环境,我们将使用 Visual Studio Community Edition. 如果你的计算机上还没有安装它,你可以从这里下载.并使用 C++安装桌面开发. 现在我们有了使用 C++ 进行桌面开发的 Visual Studio,我们可以开始我们的项目了. 使用 Visual Studio 打开一个新目录并创建一个新

  • Python探索之ModelForm代码详解

    这是一个神奇的组件,通过名字我们可以看出来,这个组件的功能就是把model和form组合起来,对,你没猜错,相信自己的英语水平. 先来一个简单的例子来看一下这个东西怎么用: 比如我们的数据库中有这样一张学生表,字段有姓名,年龄,爱好,邮箱,电话,住址,注册时间等等一大堆信息,现在让你写一个创建学生的页面,你的后台应该怎么写呢? 首先我们会在前端一个一个罗列出这些字段,让用户去填写,然后我们从后天一个一个接收用户的输入,创建一个新的学生对象,保存 其实,重点不是这些,而是合法性验证,我们需要在前端

  • python装饰器实例大详解

    一.作用域 在python中,作用域分为两种:全局作用域和局部作用域. 全局作用域是定义在文件级别的变量,函数名.而局部作用域,则是定义函数内部. 关于作用域,我们要理解两点: a.在全局不能访问到局部定义的变量 b.在局部能够访问到全局定义的变量,但是不能修改全局定义的变量(当然有方法可以修改) 下面我们来看看下面实例: x = 1 def funx(): x = 10 print(x) # 打印出10 funx() print(x) # 打印出1 如果局部没有定义变量x,那么函数内部会从内往

  • python中 logging的使用详解

    日志是用来记录程序在运行过程中发生的状况,在程序开发过程中添加日志模块能够帮助我们了解程序运行过程中发生了哪些事件,这些事件也有轻重之分. 根据事件的轻重可分为以下几个级别: DEBUG: 详细信息,通常仅在诊断问题时才受到关注.整数level=10 INFO: 确认程序按预期工作.整数level=20 WARNING:出现了异常,但是不影响正常工作.整数level=30 ERROR:由于某些原因,程序 不能执行某些功能.整数level=40 CRITICAL:严重的错误,导致程序不能运行.整数

  • python的mysqldb安装步骤详解

    python的mysqldb安装步骤详解 安装MySQLdb: 一. 什么是MySQLdb? 解释:MySQLdb是Python操作MySQL的一个接口包.这里要理解一个概念,python操作数据库,都是需要一个类似MySQLdb这样的中间层,这些中间层抽象了具体的实现,提供了统一的API供开发者使用. 二. 如何安装MySQLdb? python2环境下: sudo pip install MySQL-python. MySQL-python目前暂时还不支持python3,有些小问题,可以安装

  • python模块之re正则表达式详解

    一.简单介绍 正则表达式是一种小型的.高度专业化的编程语言,并不是python中特有的,是许多编程语言中基础而又重要的一部分.在python中,主要通过re模块来实现. 正则表达式模式被编译成一系列的字节码,然后由用c编写的匹配引擎执行.那么正则表达式通常有哪些使用场景呢? 比如为想要匹配的相应字符串集指定规则: 该字符串集可以是包含e-mail地址.Internet地址.电话号码,或是根据需求自定义的一些字符串集: 当然也可以去判断一个字符串集是否符合我们定义的匹配规则: 找到字符串中匹配该规

  • python魔法方法-自定义序列详解

    自定义序列的相关魔法方法允许我们自己创建的类拥有序列的特性,让其使用起来就像 python 的内置序列(dict,tuple,list,string等). 如果要实现这个功能,就要遵循 python 的相关的协议.所谓的协议就是一些约定内容.例如,如果要将一个类要实现迭代,就必须实现两个魔法方法:__iter__.next(python3.x中为__new__).__iter__应该返回一个对象,这个对象必须实现 next 方法,通常返回的是 self 本身.而 next 方法必须在每次调用的时

随机推荐