CNN- 数据预处理

Posted 2020-07-13 路萧

　　对于CNN输入的数据，常见的有三种处理方式：

     1.Mean subtraction.  将数据的每一维特征都减去平均值。在numpy 中 X -= np.mean(X, axis = 0)

     2.Normalization  归一化数据，使数据在相同尺度。 在numpy 中 X /= np.std(X, axis = 0)

 

     

     3. PCA and Whitening.  首先均值化数据，然后求协方差矩阵。
      X -= np.mean(X, axis = 0) //求均值  

      cov = np.dot( X.T, X) / X.shape[0] // 求协方差矩阵

      U,S,V = np.linalg.svd(cov) //奇异值分解,其中 U 为特征向量，S为奇异值分解向量为特征向量的平方

      Xrot = np.dot(X, U) //去除数据相关性

      Xrot_reduced = np.dot(X, U[:,:100]) 降维到 100 维

     Xwhite = Xrot / np. sqrt(s + 1e-5) //白化数据 1e-5 为防止除0

     可视化数据：例子为CIFAR-10  images

   左边第一张图片为CIFAR-10 中的49张图片（每张图片有3072个特征），第二张图片为3072特征向量中的前144个特征，第三张图片为通过PCA降维降到144维，使用的是图二中的前144维，第四张图片为白化后的图片。

   常见的数据处理是 Mean substraction 和 Normalization.

  权重的设置

  陷阱：全零初始化  如果参数是全零，导致输出的结果相同，那么通过反向传播计算梯度也相同，那么参数也不会更新。

  用较小的数随机化： W = 0.01*  np.random.randn(D,H) randn 返回的样本满足标准正态分布.

  标准化变量 1/sqrt(n)  W = np.random.randn(n) / sqrt(n)  或者 W = np.random.randn(n) / sqrt(2.0/n)

  初始化偏置项

   很常见的是将偏置项设置为0，ReLu 激活函数有些人会设置为 0.01， 在实际中通常设置为 W =  np. random.randn(n) * sqrt(2.0/n)

  Batch Normalization 

  发现一个讲解Batch Normalization 的博客 详见http://blog.csdn.net/hjimce/article/details/50866313

 正则化

 有多种方法来防止神经网络的过拟合。

  L2 范式 w = w + 1/2 λw²  

  L1 范式 w = w + λ|w|  向量各元素绝对值之和

  L1会趋向于产生少量的特征，而其他的特征都是0，而L2会选择更多的特征，这些特征都会接近于0

  Dropout 

     Dropout是指在模型训练时随机让网络某些隐含层节点的权重不工作，不工作的那些节点可以暂时认为不是网络结构的一部分，但是它的权重得保留下来（只是暂时不更新而已），因为下次样本输入时它可能又得工作了。如下图所示

 

   主要参考CS231n 课程。