解读Depth Map Prediction from a Single Image using a Multi-Scale Deep Network （4）

上次把CNN卷积网络的结构作了介绍，这次仍然分析这篇博文，点击打开链接

来学习卷积神经网络的训练

训练原理：利用链式求导，计算损失函数对每一个权重的偏导数，然后根据梯度下降公式更新权重，依然是反向

传播算法

反向传播算法三个步骤：

1，前向计算每个神经元的输出值

2，反向计算每个神经元的误差项（也叫误差传递），即网络损失函数对该神经元加权输入的偏导数

3，计算每个神经元连接权重的梯度

卷积网络的训练：

1，卷积层训练：

用反向传播的原理计算filter每个权值的梯度

步长为2的情况，通过补零，转化为步长为1的情况

输入深度为D的误差传递

filter数量为N的误差传递

filter权重梯度的计算

2，Pooling层的训练：

Pooling层没有需要学习的参数，它需要做的仅仅是讲误差项传递到上一层，而没有梯度计算

写到这里，我不得不感谢这篇博客，教会我CNN的基础架构和反向传播算法

理论上大体明白了CNN网络，可以看一下CNN网络的Python实现

卷积层的初始化：

class ConvLayer(object):
    def __init__(self, input_width, input_height, 
                 channel_number, filter_width, 
                 filter_height, filter_number, 
                 zero_padding, stride, activator,
                 learning_rate):
        self.input_width = input_width
        self.input_height = input_height
        self.channel_number = channel_number
        self.filter_width = filter_width
        self.filter_height = filter_height
        self.filter_number = filter_number
        self.zero_padding = zero_padding
        self.stride = stride
        self.output_width = \
            ConvLayer.calculate_output_size(
            self.input_width, filter_width, zero_padding,
            stride)
        self.output_height = \
            ConvLayer.calculate_output_size(
            self.input_height, filter_height, zero_padding,
            stride)
        self.output_array = np.zeros((self.filter_number, 
            self.output_height, self.output_width))
        self.filters = []
        for i in range(filter_number):
            self.filters.append(Filter(filter_width, 
                filter_height, self.channel_number))
        self.activator = activator
        self.learning_rate = learning_rate

这段代码可以了解到：

1，参数input，channel，filter，zero_padding，stride，output的设置

2，设置filter的activator以及learning_rate

来看一下calculate_output_size()函数，

        @staticmethod
        def calculate_output_size(input_size,
                filter_size, zero_padding, stride):
            return (input_size - filter_size + 
                2 * zero_padding) / stride + 1

其实就是按照计算公式实现的

来看一下Filter类，

class Filter(object):
    def __init__(self, width, height, depth):
        self.weights = np.random.uniform(-1e-4, 1e-4,
            (depth, height, width))
        self.bias = 0
        self.weights_grad = np.zeros(
            self.weights.shape)
        self.bias_grad = 0

    def __repr__(self):
        return 'filter weights:\n%s\nbias:\n%s' % (
            repr(self.weights), repr(self.bias))

    def get_weights(self):
        return self.weights

    def get_bias(self):
        return self.bias

    def update(self, learning_rate):
        self.weights -= learning_rate * self.weights_grad
        self.bias -= learning_rate * self.bias_grad

从Filter类代码可以了解到：

1，filter的基本参数

2，用梯度下降法更新filter权重

明日接着分析CNN的Python代码

解读Depth Map Prediction from a Single Image using a Multi-Scale Deep Network （4）

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