14 深度学习-卷积（改）

Posted 2020-12-09 ldtasdf

1.简述人工智能、机器学习和深度学习三者的联系与区别。

答：有人说，人工智能（AI）是未来，人工智能是科幻，人工智能也是我们日常生活中的一部分。事实上，这些说法都是正确的，这一切都取决于你所指的是哪一种人工智能。

例如，此前Google DeepMind的AlphaGo打败了韩国的围棋大师李世乭九段。在媒体描述DeepMind胜利的时候，就曾将人工智能（AI）、机器学习（Machine Learning）和深度学习（Deep Learning）都提到了。这三者在AlphaGo击败李世乭的过程中都起了作用，但它们说的并不是一回事

要解释这三者之间的关系和应用，最简单的方法就是画一个同心圆，如下图，人工智能是最早出现的，也是最大、最外侧的同心圆；其次是机器学习，稍晚一点；最内侧，是深度学习，也是当今人工智能大爆炸的核心驱动。

 

2. 全连接神经网络与卷积神经网络的联系与区别。

答：

 卷积神经网络也是通过一层一层的节点组织起来的。和全连接神经网络一样，卷积神经网络中的每一个节点就是一个神经元。在全连接神经网络中，每相邻两层之间的节点都有边相连，于是会将每一层的全连接层中的节点组织成一列，这样方便显示连接结构。而对于卷积神经网络，相邻两层之间只有部分节点相连，为了展示每一层神经元的维度，一般会将每一层卷积层的节点组织成一个三维矩阵。

       除了结构相似，卷积神经网络的输入输出以及训练的流程和全连接神经网络也基本一致，以图像分类为列，卷积神经网络的输入层就是图像的原始图像，而输出层中的每一个节点代表了不同类别的可信度。这和全连接神经网络的输入输出是一致的。类似的，全连接神经网络的损失函数以及参数的优化过程也都适用于卷积神经网络。因此，全连接神经网络和卷积神经网络的唯一区别就是神经网络相邻两层的连接方式。

3.理解卷积计算。

以digit0为例，进行手工演算。

from sklearn.datasets import load_digits #小数据集8*8

digits = load_digits()

0	0	5	13	9	1	0	0
0	0	13	15	10	15	5	0
0	3	15	2	0	11	8	0
0	4	12	0	0	8	8	0
0	5	8	0	0	9	8	0
0	4	11	0	1	12	7	0
0	2	14	5	10	12	0	0
0	0	6	13	10	0	0	0

卷积核

 

 

结果：

 

4.理解卷积如何提取图像特征。

读取一个图像；

以下矩阵为卷积核进行卷积操作；

显示卷积之后的图像，观察提取到什么特征。

 

1	0	-1
1	0	-1
1	0	-1

 

1	1	1
0	0	0
-1	-1	-1

 

-1	-1	-1
-1	8	-1
-1	-1	-1

 

卷积API

scipy.signal.convolve2d

tf.keras.layers.Conv2D

源代码：

 

from scipy.signal import convolve2d
import numpy as np
from PIL import Image
import matplotlib.pyplot as plt

I=Image.open(r‘C:Users19665Desktop高数作业e4d294fea9c14dd1ccca9aa40f12476.jpg‘)
I.show()
L=I.convert(‘L‘)
L.show()
c=np.array(I)
cg=np.array(L)

k1=np.array([[1,0,-1],[1,0,-1],[1,0,-1]])
k2=np.array([[1,1,1],[0,0,0],[-1,-1,-1]])
k3=np.array([[-1,-1,-1],[-1,8,-1],[-1,-1,-1]])


cat1=convolve2d(cg,k1,boundary=‘symm‘,mode=‘same‘)
cat2=convolve2d(cg,k2,boundary=‘symm‘,mode=‘same‘)
cat3=convolve2d(cg,k3,boundary=‘symm‘,mode=‘same‘)


plt.matshow(cat1)
plt.show()
plt.matshow(cat2)
plt.show()
plt.matshow(cat3)
plt.show()

原图片：

 

 

灰度图：

 

 

卷积后：

 

 

 

 

 

 

 

 

5. 安装Tensorflow,keras

参考：https://blog.csdn.net/u011119817/article/details/88309256 

6. 设计手写数字识别模型结构，注意数据维度的变化。

from tensorflow.keras.models import Sequential

from tensorflow.keras.layers import Dense， Flatten, Conv2D, MaxPool2D

model = tf.keras.Sequential()

model.add(Conv2D(…))

model.add(MaxPool2D(…))

...

#可以上传手动演算的每层数据结构的变化过程。model.summary()