对于全连接层的理解全连接层的推导

对于全连接层的理解全连接层的推导全连接层的推导
全连接层的每⼀个结点都与上⼀层的所有结点相连,⽤来把前边提取到的特征综合起来。由于其全相连的特性,⼀般全连接层的参数也是最多的。
全连接层的前向计算
下图中连线最密集的2个地⽅就是全连接层,这很明显的可以看出全连接层的参数的确很多。在前向计算过程,也就是⼀个线性的加权求和的过程,全连接层的每⼀个输出都可以看成前⼀层的每⼀个结点乘以⼀个权重系数W,最后加上⼀个偏置值b得到,即。如下图中第⼀个全连接层,输⼊有50*4*4个神经元结点,输出有500个结点,则⼀共需要50*4*4*500=400000个权值参数W和500个偏置参数b。
下⾯⽤⼀个简单的⽹络具体介绍⼀下推导过程
其中,x1、x2、x3为全连接层的输⼊,a1、a2、a3为输出,根据我前边在笔记1中的推导,有
可以写成如下矩阵形式:
全连接层的反向传播
以我们的第⼀个全连接层为例,该层有50*4*4=800个输⼊结点和500个输出结点。
由于需要对W和b进⾏更新,还要向前传递梯度,所以我们需要计算如下三个偏导数。
1、对上⼀层的输出(即当前层的输⼊)求导
若我们已知转递到该层的梯度,则我们可以通过链式法则求得loss对x的偏导数。
⾸先需要求得该层的输出a i对输⼊x j的偏导数
再通过链式法则求得loss对x的偏导数:
上边求导的结果也印证了我前边那句话:在反向传播过程中,若第x层的a节点通过权值W对x+1层的b节点有贡献,则在反向传播过程中,梯度通过权值W从b节点传播回a节点。
若我们的⼀次训练16张图⽚,即batch_size=16,则我们可以把计算转化为如下矩阵形式。
2、对权重系数W求导
我们前向计算的公式如下图,
由图可知,所以:。
当batch_size=16时,写成矩阵形式:
3、对偏置系数b求导
由上⾯前向推导公式可知,
即loss对偏置系数的偏导数等于对上⼀层输出的偏导数。
当batch_size=16时,将不同batch对应的相同b的偏导相加即可,写成矩阵形式即为乘以⼀个全1的矩阵:
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接下来再主要谈谈全连接层的意义
连接层实际就是卷积核⼤⼩为上层特征⼤⼩的卷积运算,卷积后的结果为⼀个节点,就对应全连接层的⼀个点。
假设最后⼀个卷积层的输出为7×7×512,连接此卷积层的全连接层为1×1×4096。
连接层实际就是卷积核⼤⼩为上层特征⼤⼩的卷积运算,卷积后的结果为⼀个节点,就对应全连接层的⼀个点。如果将这个全连接层转化为卷积层:
1.共有4096组滤波器
2.每组滤波器含有512个卷积核
3.每个卷积核的⼤⼩为7×7
4.则输出为1×1×4096
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若后⾯再连接⼀个1×1×4096全连接层。则其对应的转换后的卷积层的参数为:
1.共有4096组滤波器
2.每组滤波器含有4096个卷积核
3.每个卷积核的⼤⼩为1×1
4.输出为1X1X4096
相当于就是将特征组合起来进⾏4096个分类分数的计算,得分最⾼的就是划到的正确的类别。
⽽全连接层的坏处就在于其会破坏图像的空间结构,
因此⼈们便开始⽤卷积层来“代替”全连接层,
通常采⽤1×1的卷积核,这种不包含全连接的CNN成为全卷积神经⽹络(FCN),
FCN最初是⽤于图像分割任务,
之后开始在计算机视觉领域的各种问题上得到应⽤,
事实上,Faster R-CNN中⽤来⽣成候选窗⼝的CNN就是⼀个FCN。
FCN的特点就在于输⼊和输出都是⼆维的图像,并且输⼊和输出具有相对应的空间结构,
在这种情况下,我们可以将FCN的输出看作是⼀张热度图,⽤热度来指⽰待检测的⽬标的位置和覆盖的区域。
在⽬标所处的区域内显⽰较⾼的热度,
⽽在背景区域显⽰较低的热度,
这也可以看成是对图像上的每⼀个像素点都进⾏了分类,
这个点是否位于待检测的⽬标上。

本文发布于:2024-09-24 06:20:22,感谢您对本站的认可!

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