CDA 试听课｜什么是卷积神经网络运算？

CDA 金牌讲师覃老师，带你5分钟了解什么是卷积神经网络运算？

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卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN或ConvNet）是一种具有局部连接、权重共享等特性的深层前馈神经网络。

卷积神经网络最早是主要用来处理图像信息。如果用全连接前馈网络来处理图像时，会存在以下两个问题：

（1）参数太多：

如果输入图像大小为100 × 100 × 3（即图像高度为100，宽 度为100，3个颜色通道：RGB）。在全连接前馈网络中，第一个隐藏层的每个神经元到输入层都有100 × 100 × 3 = 30, 000个相互独立的连接，每个连接都对应一个权重参数。随着隐藏层神经元数量的增多，参数的规模也会急剧增加。这 会导致整个神经网络的训练效率会非常低，也很容易出现过拟合。

（2）局部不变性特征：

自然图像中的物体都具有局部不变性特征，比如在尺度缩放、平移、旋转等操作不影响其语义信息。而全连接前馈网络很难提取这些局部不变特征，一般需要进行数据增强来提高性能。

卷积神经网络是受生物学上感受野的机制而提出。感受野（Receptive Field） 主要是指听觉、视觉等神经系统中一些神经元的特性，即神经元只接受其所支 配的刺激区域内的信号。在视觉神经系统中，视觉皮层中的神经细胞的输出依 赖于视网膜上的光感受器。视网膜上的光感受器受刺激兴奋时，将神经冲动信 号传到视觉皮层，但不是所有视觉皮层中的神经元都会接受这些信号。一个神经元的感受野是指视网膜上的特定区域，只有这个区域内的刺激才能够激活该神经元。

目前的卷积神经网络一般是由卷积层、汇聚层和全连接层交叉堆叠而成的 前馈神经网络，使用反向传播算法进行训练。卷积神经网络有三个结构上的特性：局部连接，权重共享以及汇聚。这些特性使得卷积神经网络具有一定程度上的平移、缩放和旋转不变性。和前馈神经网络相比，卷积神经网络的参数更少。

卷积神经网络主要使用在图像和视频分析的各种任务上，比如图像分类、人脸识别、物体识别、图像分割等，其准确率一般也远远超出了其它的神经网络模型。近年来卷积神经网络也广泛地应用到自然语言处理、推荐系统等领域。