DeepLearning.ai深度学习课程笔记
  • Introduction
  • 第一门课 神经网络和深度学习(Neural-Networks-and-Deep-Learning)
    • 第一周:深度学习引言(Introduction to Deep Learning)
      • 1.1 神经网络的监督学习(Supervised Learning with Neural Networks)
      • 1.2 为什么神经网络会流行?(Why is Deep Learning taking off?)
    • 第二周:神经网络的编程基础(Basics of Neural Network programming)
      • 2.1 二分类(Binary Classification)
      • 2.2 逻辑回归(Logistic Regression)
      • 2.3 逻辑回归的代价函数(Logistic Regression Cost Function)
      • 2.4 逻辑回归的梯度下降(Logistic Regression Gradient Descent)
      • 2.5 梯度下降的例子(Gradient Descent on m Examples)
      • 2.6 向量化 logistic 回归的梯度输出(Vectorizing Logistic Regression’s Gradient Output)
      • 2.7 (选修)logistic 损失函数的解释(Explanation of logistic regression cost function )
      • Logistic Regression with a Neural Network mindset 代码
      • lr_utils.py
    • 第三周:浅层神经网络(Shallow neural networks)
      • 3.1 神经网络概述(Neural Network Overview)
      • 3.2 神经网络的表示(Neural Network Representation )
      • 3.3 计算一个神经网络的输出(Computing a Neural Network's output )
      • 3.4 多样本向量化(Vectorizing across multiple examples )
      • 3.5 激活函数(Activation functions)
      • 3.6 为什么需要( 非线性激活函数?(why need a nonlinear activation function?)
      • 3.7 激活函数的导数(Derivatives of activation functions )
      • 3.8 神经网络的梯度下降(Gradient descent for neural networks)
      • 3.9 (选修)直观理解反向传播(Backpropagation intuition )
      • 3.10 随机初始化(Random+Initialization)
      • Planar data classification with one hidden layer
      • planar_utils.py
      • testCases.py
    • 第四周:深层神经网络(Deep Neural Networks)
      • 4.1 深层神经网络(Deep L-layer neural network)
      • 4.2 前向传播和反向传播(Forward and backward propagation)
      • 4.3 深层网络中的前向传播(Forward propagation in a Deep Network )
      • 4.4 为什么使用深层表示?(Why deep representations?)
      • 4.5 搭建神经网络块(Building blocks of deep neural networks)
      • 4.6 参数 VS 超参数(Parameters vs Hyperparameters)
      • Building your Deep Neural Network Step by Step
      • dnn_utils.py
      • testCases.py
      • Deep Neural Network Application
      • dnn_app_utils.py
  • 第二门课 改善深层神经网络:超参数调试、 正 则 化 以 及 优 化 (Improving Deep Neural Networks:Hyperparameter tuning, Regulariza
    • 第二门课 改善深层神经网络:超参数调试、正则化以及优化(Improving Deep Neural Networks:Hyperparameter tuning, Regularization and
      • 第一周:深度学习的实用层面(Practical aspects of Deep Learning)
        • 1.1 训练,验证,测试集(Train / Dev / Test sets)
        • 1.2 偏差,方差(Bias /Variance)
        • 1.3 机器学习基础(Basic Recipe for Machine Learning)
        • 1.4 正则化(Regularization)
        • 1.5 为什么正则化有利于预防过拟合呢?(Why regularization reduces overfitting?)
        • 1.6 dropout 正则化(Dropout Regularization)
        • 1.7 理解 dropout(Understanding Dropout)
        • 1.8 其他正则化方法(Other regularization methods)
        • 1.9 归一化输入(Normalizing inputs)
        • 1.10 梯度消失/梯度爆炸(Vanishing / Exploding gradients)
        • 1.11 神经网络的权重初始化(Weight Initialization for Deep Networks)
        • 1.12 梯度的数值逼近(Numerical approximation of gradients)
        • 1.13 梯度检验(Gradient checking)
        • 1.14 梯度检验应用的注意事项(Gradient Checking Implementation Notes)
        • Initialization
        • Gradient Checking
        • Regularization
        • reg_utils.py
        • testCases.py
      • 第二周:优化算法 (Optimization algorithms)
        • 2.1 Mini-batch 梯度下降(Mini-batch gradient descent)
        • 2.2 理解 mini-batch 梯度下降法(Understanding mini-batch gradient descent)
        • 2.3 指数加权平均数(Exponentially weighted averages)
        • 2.4 理解指数加权平均数(Understanding exponentially weighted averages )
        • 2.5 指 数 加 权 平 均 的 偏 差 修 正 ( Bias correction in exponentially weighted averages )
        • 2.6 动量梯度下降法(Gradient descent with Momentum )
        • 2.7 RMSprop( root mean square prop)
        • 2.8 Adam 优化算法(Adam optimization algorithm)
        • 2.9 学习率衰减(Learning rate decay)
        • 2.10 局部最优的问题(The problem of local optima)
        • Optimization
        • opt_utils.py
        • testCases.py
      • 第 三 周 超 参 数 调 试 、 Batch 正 则 化 和 程 序 框 架 (Hyperparameter tuning)
        • 3.1 调试处理(Tuning process)
        • 3.2 为超参数选择合适的范围(Using an appropriate scale to pick hyperparameters)
        • 3.3 超参数训练的实践: Pandas VS Caviar(Hyperparameters tuning in practice: Pandas vs. Caviar)
        • 3.4 归一化网络的激活函数( Normalizing activations in a network)
        • 3.5 将 Batch Norm 拟合进神经网络(Fitting Batch Norm into a neural network)
        • 3.6 Batch Norm 为什么奏效?(Why does Batch Norm work?)
        • 3.7 测试时的 Batch Norm(Batch Norm at test time)
        • 3.8 Softmax 回归(Softmax regression)
        • 3.9 训练一个 Softmax 分类器(Training a Softmax classifier)
        • tensorflow tutorial
        • improv_utils.py
        • tf_utils.py
  • 第三门课 结构化机器学习项目(Structuring Machine Learning Projects)
    • 第三门课 结构化机器学习项目(Structuring Machine Learning Projects)
      • 第一周 机器学习(ML)策略(1)(ML strategy(1))
        • 1.1 为什么是 ML 策略?(Why ML Strategy?)
        • 1.2 正交化(Orthogonalization)
        • 1.3 单一数字评估指标(Single number evaluation metric)
        • 1.4 满足和优化指标(Satisficing and optimizing metrics)
        • 1.5 训练/开发/测试集划分(Train/dev/test distributions)
        • 1.6 开发集和测试集的大小(Size of dev and test sets)
        • 1.7 什么时候该改变开发/测试集和指标?(When to change dev/test sets and metrics)
        • 1.8 为什么是人的表现?( Why human-level performance?)
        • 1.9 可避免偏差(Avoidable bias)
        • 1.10 理解人的表现(Understanding human-level performance)
        • 1.11 超过人的表现(Surpassing human- level performance)
        • 1.12 改善你的模型的表现(Improving your model performance)
      • 第二周:机器学习策略(2)(ML Strategy (2))
        • 2.1 进行误差分析(Carrying out error analysis)
        • 2.2 清楚标注错误的数据(Cleaning up Incorrectly labeled data)
        • 2.3 快速搭建你的第一个系统,并进行迭代(Build your first system quickly, then iterate)
        • 2.4 在不同的划分上进行训练并测试(Training and testing on different distributions)
        • 2.5 不匹配数据划分的偏差和方差(Bias and Variance with mismatched data distributions)
        • 2.6 定位数据不匹配(Addressing data mismatch)
        • 2.7 迁移学习(Transfer learning)
        • 2.8 多任务学习(Multi-task learning)
        • 2.9 什么是端到端的深度学习?(What is end-to-end deep learning?)
        • 2.10 是否要使用端到端的深度学习?(Whether to use end-to-end learning?)
  • 第四门课 卷积神经网络(Convolutional Neural Networks)
    • 第四门课 卷积神经网络(Convolutional Neural Networks)
      • 第一周 卷积神经网络(Foundations of Convolutional Neural Networks)
        • 1.1 计算机视觉(Computer vision)
        • 1.2 边缘检测示例(Edge detection example)
        • 1.3 更多边缘检测内容(More edge detection)
        • 1.4 Padding
        • 1.5 卷积步长(Strided convolutions)
        • 1.6 三维卷积(Convolutions over volumes)
        • 1.7 单层卷积网络(One layer of a convolutional network)
        • 1.8 简单卷积网络示例(A simple convolution network example)
        • 1.9 池化层(Pooling layers)
        • 1.10 卷积神经网络示例(Convolutional neural network example)
        • 1.11 为什么使用卷积?(Why convolutions?)
        • Convolution model Step by Step
        • Convolutional Neural Networks: Application
        • cnn_utils
      • 第二周 深度卷积网络:实例探究(Deep convolutional models: case studies)
        • 2.1 经典网络(Classic networks)
        • 2.2 残差网络(Residual Networks (ResNets))
        • 2.3 残差网络为什么有用?(Why ResNets work?)
        • 2.4 网络中的网络以及 1×1 卷积(Network in Network and 1×1 convolutions)
        • 2.5 谷歌 Inception 网络简介(Inception network motivation)
        • 2.6 Inception 网络(Inception network)
        • 2.7 迁移学习(Transfer Learning)
        • 2.8 数据扩充(Data augmentation)
        • 2.9 计算机视觉现状(The state of computer vision)
        • Residual Networks
        • Keras tutorial - the Happy House
        • kt_utils.py
      • 第三周 目标检测(Object detection)
        • 3.1 目标定位(Object localization)
        • 3.2 特征点检测(Landmark detection)
        • 3.3 目标检测(Object detection)
        • 3.4 卷积的滑动窗口实现(Convolutional implementation of sliding windows)
        • 3.5 Bounding Box预测(Bounding box predictions)
        • 3.6 交并比(Intersection over union)
        • 3.7 非极大值抑制(Non-max suppression)
        • 3.8 Anchor Boxes
        • 3.9 YOLO 算法(Putting it together: YOLO algorithm)
        • 3.10 候选区域(选修)(Region proposals (Optional))
        • Autonomous driving application - Car detection
        • yolo_utils.py
      • 第四周 特殊应用:人脸识别和神经风格转换(Special applications: Face recognition &Neural style transfer)
        • 4.1 什么是人脸识别?(What is face recognition?)
        • 4.2 One-Shot学习(One-shot learning)
        • 4.3 Siamese 网络(Siamese network)
        • 4.4 Triplet 损失(Triplet 损失)
        • 4.5 面部验证与二分类(Face verification and binary classification)
        • 4.6 什么是深度卷积网络?(What are deep ConvNets learning?)
        • 4.7 代价函数(Cost function)
        • 4.8 内容代价函数(Content cost function)
        • 4.9 风格代价函数(Style cost function)
        • 4.10 一维到三维推广(1D and 3D generalizations of models)
        • Art Generation with Neural Style Transfer
        • nst_utils.py
        • Face Recognition for the Happy House
        • fr_utils.py
        • inception_blocks.py
  • 第五门课 序列模型(Sequence Models)
    • 第五门课 序列模型(Sequence Models)
      • 第一周 循环序列模型(Recurrent Neural Networks)
        • 1.1 为什么选择序列模型?(Why Sequence Models?)
        • 1.2 数学符号(Notation)
        • 1.3 循环神经网络模型(Recurrent Neural Network Model)
        • 1.4 通过时间的反向传播(Backpropagation through time)
        • 1.5 不同类型的循环神经网络(Different types of RNNs)
        • 1.6 语言模型和序列生成(Language model and sequence generation)
        • 1.7 对新序列采样(Sampling novel sequences)
        • 1.8 循环神经网络的梯度消失(Vanishing gradients with RNNs)
        • 1.9 GRU单元(Gated Recurrent Unit(GRU))
        • 1.10 长短期记忆(LSTM(long short term memory)unit)
        • 1.11 双向循环神经网络(Bidirectional RNN)
        • 1.12 深层循环神经网络(Deep RNNs)
        • Building your Recurrent Neural Network
        • rnn_utils.py
        • Dinosaurus Island -- Character level language model final
        • utils.py
        • shakespeare_utils.py
        • Improvise a Jazz Solo with an LSTM Network
      • 第二周 自然语言处理与词嵌入(Natural Language Processing and Word Embeddings)
        • 2.1 词汇表征(Word Representation)
        • 2.2 使用词嵌入(Using Word Embeddings)
        • 2.3 词嵌入的特性(Properties of Word Embeddings)
        • 2.4 嵌入矩阵(Embedding Matrix)
        • 2.5 学习词嵌入(Learning Word Embeddings)
        • 2.6 Word2Vec
        • 2.7 负采样(Negative Sampling)
        • 2.8 GloVe 词向量(GloVe Word Vectors)
        • 2.9 情感分类(Sentiment Classification)
        • 2.10 词嵌入除偏(Debiasing Word Embeddings)
        • Operations on word vectors
        • w2v_utils.py
        • Emojify
        • emo_utils.py
      • 第三周 序列模型和注意力机制(Sequence models & Attention mechanism)
        • 3.1 基础模型(Basic Models)
        • 3.2 选择最可能的句子(Picking the most likely sentence)
        • 3.3 集束搜索(Beam Search)
        • 3.4 改进集束搜索(Refinements to Beam Search)
        • 3.5 集束搜索的误差分析(Error analysis in beam search)
        • 3.6 Bleu 得分(选修)(Bleu Score (optional))
        • 3.7 注意力模型直观理解(Attention Model Intuition)
        • 3.8注意力模型(Attention Model)
        • 3.9语音识别(Speech recognition)
        • 3.10触发字检测(Trigger Word Detection)
        • Neural machine translation with attention
        • nmt_utils.py
        • Trigger word detection
        • td_utils.py
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  • 把神经网络的全连接层转化成卷积层
  • 通过卷积实现滑动窗口对象检测算法

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  1. 第四门课 卷积神经网络(Convolutional Neural Networks)
  2. 第四门课 卷积神经网络(Convolutional Neural Networks)
  3. 第三周 目标检测(Object detection)

3.4 卷积的滑动窗口实现(Convolutional implementation of sliding windows)

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把神经网络的全连接层转化成卷积层

前几层和之前的一样,下一层全连接层用5×5×16的过滤器来实现,数量是400个(编号1),输入图像大小为5×5×16,输出维度是1×1×400,这400个节点中每个节点都是上一层5×5×16激活值经过某个任意线性函数的输出结果

再添加另外一个卷积层(编号2),用1×1卷积,假设有400个1×1的过滤器,在这400个过滤器的作用下,下一层的维度是1×1×400,是上个网络中的这一全连接层经由1×1过滤器的处理,得到一个softmax激活值,通过卷积网络,最终得到1×1×4的输出层,而不是这4个数字(编号3)

以上就是用卷积层代替全连接层的过程,结果这几个单元集变成了1×1×400和1×1×4的维度

通过卷积实现滑动窗口对象检测算法

假设向滑动窗口卷积网络输入14×14×3的图片,神经网络最后的输出层,即softmax单元的输出是1×1×4

假设测试集图片是16×16×3,给输入图片加上黄色条块,在最初的滑动窗口算法中,把蓝色区域输入卷积网络(红色笔标记)生成0或1分类。接着滑动窗口,步幅为2个像素,向右滑动2个像素,将绿框区域输入给卷积网络,运行整个卷积网络,得到另外一个标签0或1。继续将这个橘色区域输入给卷积网络,卷积后得到另一个标签,最后对右下方的紫色区域进行最后一次卷积操作。在这个16×16×3的小图像上滑动窗口,卷积网络运行了4次,于是输出了了4个标签

这4次卷积操作中很多计算都是重复的。执行滑动窗口的卷积时使得卷积网络在这4次前向传播过程中共享很多计算,尤其是在编号1,卷积网络运行同样的参数,使用相同的5×5×16过滤器进行卷积操作,得到12×12×16的输出层。然后执行同样的最大池化(编号2),输出结果6×6×16。照旧应用400个5×5的过滤器(编号3),得到一个2×2×400的输出层,现在输出层为2×2×400,应用1×1过滤器(编号4)得到另一个2×2×400的输出层。再做一次全连接的操作(编号5),最终得到2×2×4的输出层,在输出层4个子方块中,蓝色的是图像左上部分14×14的输出(红色箭头标识),右上角方块是图像右上部分(绿色箭头标识)的对应输出,左下角方块是输入层左下角(橘色箭头标识),右下角是卷积网络处理输入层右下角14×14区域(紫色箭头标识)的结果

具体的计算步骤:以绿色方块为例,假设剪切出这块区域(编号1),传递给卷积网络,第一层的激活值就是这块区域(编号2),最大池化后的下一层的激活值是这块区域(编号3),这块区域对应着后面几层输出的右上角方块(编号4,5,6)

该卷积操作的原理是不需要把输入图像分割成四个子集,分别执行前向传播,而是把它们作为一张图片输入给卷积网络进行计算,其中的公共区域可以共享很多计算

假如对一个28×28×3的图片应用滑动窗口操作,以14×14区域滑动窗口,以大小为2的步幅不断地向右移动窗口,直到第8个单元格,得到输出层的第一行。然后向图片下方移动,最终输出8×8×4的结果

总结滑动窗口的实现过程:

在图片上剪切出一块区域,假设大小是14×14,把它输入到卷积网络。继续输入下一块区域,大小同样是14×14,重复操作,直到某个区域识别到汽车

但是不能依靠连续的卷积操作来识别图片中的汽车,可以对大小为28×28的整张图片进行卷积操作,一次得到所有预测值,如果足够幸运,神经网络便可以识别出汽车的位置

在卷积层上应用滑动窗口算法提高了整个算法的效率,缺点是边界框的位置可能不够准确