一维卷积神经网络的设置

A. 怎样用python构建一个卷积神经网络

用keras框架较为方便

首先安装anaconda，然后通过pip安装keras

B. 卷积神经网络用全连接层的参数是怎么确定的

卷积神经网络用全连接层的参数确定：卷积神经网络与传统的人脸检测方法不同，它是通过直接作用于输入样本，用样本来训练网络并最终实现检测任务的。

它是非参数型的人脸检测方法，可以省去传统方法中建模、参数估计以及参数检验、重建模型等的一系列复杂过程。本文针对图像中任意大小、位置、姿势、方向、肤色、面部表情和光照条件的人脸。

输入层

卷积神经网络的输入层可以处理多维数据，常见地，一维卷积神经网络的输入层接收一维或二维数组，其中一维数组通常为时间或频谱采样；二维数组可能包含多个通道；二维卷积神经网络的输入层接收二维或三维数组；三维卷积神经网络的输入层接收四维数组。

由于卷积神经网络在计算机视觉领域应用较广，因此许多研究在介绍其结构时预先假设了三维输入数据，即平面上的二维像素点和RGB通道。

C. 如何在卷积神经网络中，当识别率低的时候设置大的学习率，识别率高的时候设置小的学习率。

把学习率作为placeholder试试

D. 如何用tensorflow搭建卷积神经网络

在MNIST数据集上，搭建一个简单神经网络结构，一个包含ReLU单元的非线性化处理的两层神经网络。在训练神经网络的时候，使用带指数衰减的学习率设置、使用正则化来避免过拟合、使用滑动平均模型来使得最终的模型更加健壮。
程序将计算神经网络前向传播的部分单独定义一个函数inference，训练部分定义一个train函数，再定义一个主函数main。

二、分析与改进设计
1. 程序分析改进
第一，计算前向传播的函数inference中需要将所有的变量以参数的形式传入函数，当神经网络结构变得更加复杂、参数更多的时候，程序的可读性将变得非常差。
第二，在程序退出时，训练好的模型就无法再利用，且大型神经网络的训练时间都比较长，在训练过程中需要每隔一段时间保存一次模型训练的中间结果，这样如果在训练过程中程序死机，死机前的最新的模型参数仍能保留，杜绝了时间和资源的浪费。
第三，将训练和测试分成两个独立的程序，将训练和测试都会用到的前向传播的过程抽象成单独的库函数。这样就保证了在训练和预测两个过程中所调用的前向传播计算程序是一致的。
2. 改进后程序设计
mnist_inference.py
该文件中定义了神经网络的前向传播过程，其中的多次用到的weights定义过程又单独定义成函数。
通过tf.get_variable函数来获取变量，在神经网络训练时创建这些变量，在测试时会通过保存的模型加载这些变量的取值，而且可以在变量加载时将滑动平均值重命名。所以可以直接通过同样的名字在训练时使用变量自身，在测试时使用变量的滑动平均值。
mnist_train.py
该程序给出了神经网络的完整训练过程。
mnist_eval.py
在滑动平均模型上做测试。
通过tf.train.get_checkpoint_state(mnist_train.MODEL_SAVE_PATH)获取最新模型的文件名，实际是获取checkpoint文件的所有内容。

E. 卷积神经网络算法是什么

一维构筑、二维构筑、全卷积构筑。

卷积神经网络（Convolutional Neural Networks, CNN）是一类包含卷积计算且具有深度结构的前馈神经网络（Feedforward Neural Networks），是深度学习（deep learning）的代表算法之一。

卷积神经网络具有表征学习（representation learning）能力，能够按其阶层结构对输入信息进行平移不变分类（shift-invariant classification），因此也被称为“平移不变人工神经网络（Shift-Invariant Artificial Neural Networks, SIANN）”。

卷积神经网络的连接性：

卷积神经网络中卷积层间的连接被称为稀疏连接（sparse connection），即相比于前馈神经网络中的全连接，卷积层中的神经元仅与其相邻层的部分，而非全部神经元相连。具体地，卷积神经网络第l层特征图中的任意一个像素（神经元）都仅是l-1层中卷积核所定义的感受野内的像素的线性组合。

卷积神经网络的稀疏连接具有正则化的效果，提高了网络结构的稳定性和泛化能力，避免过度拟合，同时，稀疏连接减少了权重参数的总量，有利于神经网络的快速学习，和在计算时减少内存开销。

卷积神经网络中特征图同一通道内的所有像素共享一组卷积核权重系数，该性质被称为权重共享（weight sharing）。权重共享将卷积神经网络和其它包含局部连接结构的神经网络相区分，后者虽然使用了稀疏连接，但不同连接的权重是不同的。权重共享和稀疏连接一样，减少了卷积神经网络的参数总量，并具有正则化的效果。

在全连接网络视角下，卷积神经网络的稀疏连接和权重共享可以被视为两个无限强的先验（pirior），即一个隐含层神经元在其感受野之外的所有权重系数恒为0（但感受野可以在空间移动）；且在一个通道内，所有神经元的权重系数相同。

F. 如何调整一个不收敛的卷积神经网络

卷积神经网络（ConvolutionalNeuralNetwork,CNN）是一种前馈神经网络，它的人工神经元可以响应一部分覆盖范围内的周围单元，对于大型图像处理有出色表现。[1]它包括卷积层(alternatingconvolutionallayer)和池层(poolinglayer)。卷积神经网络是近年发展起来，并引起广泛重视的一种高效识别方法。20世纪60年代，Hubel和Wiesel在研究猫脑皮层中用于局部敏感和方向选择的神经元时发现其独特的网络结构可以有效地降低反馈神经网络的复杂性，继而提出了卷积神经网络（ConvolutionalNeuralNetworks-简称CNN）。现在，CNN已经成为众多科学领域的研究热点之一，特别是在模式分类领域，由于该网络避免了对图像的复杂前期预处理，可以直接输入原始图像，因而得到了更为广泛的应用。K.Fukushima在1980年提出的新识别机是卷积神经网络的第一个实现网络。随后，的科研工作者对该网络进行了改进。其中，具有代表性的研究成果是Alexander和Taylor提出的“改进认知机”，该方法综合了各种改进方法的优点并避免了耗时的误差反向传播。

G. 关于卷积神经网络对一维信号的特征提取问题

你好，对信号的特征提取在数学上看其实就是做一个滤波的运算，实际上都是通过卷积来实现的。下面是一个matlab的实现：

function r= my_conv(a, b)
m=length(a);
n=length(b);
r=zeros(1, m+n-1);
for k = 1:m
c = a(k)*b;
d = r(1, k:k+n-1);
d = d+c;
r(1, k:k+n-1) = d;
end

H. 卷积神经网络中的learn rate是怎么设置的

学习率的作用是不断调整权值阈值。对于traingdm等函数建立的BP网络，学习速率一般取0.01-0.1之间。

I. 怎样用python构建一个卷积神经网络

用keras框架较为方便

首先安装anaconda，然后通过pip安装keras

以下转自wphh的博客。

#coding:utf-8

'''
GPUruncommand:
THEANO_FLAGS=mode=FAST_RUN,device=gpu,floatX=float32pythoncnn.py
CPUruncommand:
pythoncnn.py

2016.06.06更新：
这份代码是keras开发初期写的，当时keras还没有现在这么流行，文档也还没那么丰富，所以我当时写了一些简单的教程。
现在keras的API也发生了一些的变化，建议及推荐直接上keras.io看更加详细的教程。

'''
#导入各种用到的模块组件
from__future__importabsolute_import
from__future__importprint_function
fromkeras.preprocessing.imageimportImageDataGenerator
fromkeras.modelsimportSequential
fromkeras.layers.coreimportDense,Dropout,Activation,Flatten
fromkeras.layers.advanced_activationsimportPReLU
fromkeras.layers.,MaxPooling2D
fromkeras.optimizersimportSGD,Adadelta,Adagrad
fromkeras.utilsimportnp_utils,generic_utils
fromsix.movesimportrange
fromdataimportload_data
importrandom
importnumpyasnp

np.random.seed(1024)#forreprocibility
#加载数据
data,label=load_data()
#打乱数据
index=[iforiinrange(len(data))]
random.shuffle(index)
data=data[index]
label=label[index]
print(data.shape[0],'samples')

#label为0~9共10个类别，keras要求格式为binaryclassmatrices,转化一下，直接调用keras提供的这个函数
label=np_utils.to_categorical(label,10)

###############
#开始建立CNN模型
###############

#生成一个model
model=Sequential()

#第一个卷积层，4个卷积核，每个卷积核大小5*5。1表示输入的图片的通道,灰度图为1通道。
#border_mode可以是valid或者full，具体看这里说明：http://deeplearning.net/software/theano/library/tensor/nnet/conv.html#theano.tensor.nnet.conv.conv2d
#激活函数用tanh
#你还可以在model.add(Activation('tanh'))后加上dropout的技巧:model.add(Dropout(0.5))
model.add(Convolution2D(4,5,5,border_mode='valid',input_shape=(1,28,28)))
model.add(Activation('tanh'))


#第二个卷积层，8个卷积核，每个卷积核大小3*3。4表示输入的特征图个数，等于上一层的卷积核个数
#激活函数用tanh
#采用maxpooling，poolsize为(2,2)
model.add(Convolution2D(8,3,3,border_mode='valid'))
model.add(Activation('tanh'))
model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2,2)))

#第三个卷积层，16个卷积核，每个卷积核大小3*3
#激活函数用tanh
#采用maxpooling，poolsize为(2,2)
model.add(Convolution2D(16,3,3,border_mode='valid'))
model.add(Activation('relu'))
model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2,2)))

#全连接层，先将前一层输出的二维特征图flatten为一维的。
#Dense就是隐藏层。16就是上一层输出的特征图个数。4是根据每个卷积层计算出来的：(28-5+1)得到24,(24-3+1)/2得到11，(11-3+1)/2得到4
#全连接有128个神经元节点,初始化方式为normal
model.add(Flatten())
model.add(Dense(128,init='normal'))
model.add(Activation('tanh'))


#Softmax分类，输出是10类别
model.add(Dense(10,init='normal'))
model.add(Activation('softmax'))


#############
#开始训练模型
##############
#使用SGD+momentum
#model.compile里的参数loss就是损失函数(目标函数)
sgd=SGD(lr=0.05,decay=1e-6,momentum=0.9,nesterov=True)
model.compile(loss='categorical_crossentropy',optimizer=sgd,metrics=["accuracy"])


#调用fit方法，就是一个训练过程.训练的epoch数设为10，batch_size为100．
#数据经过随机打乱shuffle=True。verbose=1，训练过程中输出的信息，0、1、2三种方式都可以，无关紧要。show_accuracy=True，训练时每一个epoch都输出accuracy。
#validation_split=0.2，将20%的数据作为验证集。
model.fit(data,label,batch_size=100,nb_epoch=10,shuffle=True,verbose=1,validation_split=0.2)


"""
#使用dataaugmentation的方法
#一些参数和调用的方法，请看文档
datagen=ImageDataGenerator(
featurewise_center=True,#setinputmeanto0overthedataset
samplewise_center=False,#seteachsamplemeanto0
featurewise_std_normalization=True,#divideinputsbystdofthedataset
samplewise_std_normalization=False,#divideeachinputbyitsstd
zca_whitening=False,#applyZCAwhitening
rotation_range=20,#(degrees,0to180)
width_shift_range=0.2,#(fractionoftotalwidth)
height_shift_range=0.2,#randomlyshiftimagesvertically(fractionoftotalheight)
horizontal_flip=True,#randomlyflipimages
vertical_flip=False)#randomlyflipimages

#
#(std,mean,)
datagen.fit(data)

foreinrange(nb_epoch):
print('-'*40)
print('Epoch',e)
print('-'*40)
print("Training...")
#
progbar=generic_utils.Progbar(data.shape[0])
forX_batch,Y_batchindatagen.flow(data,label):
loss,accuracy=model.train(X_batch,Y_batch,accuracy=True)
progbar.add(X_batch.shape[0],values=[("trainloss",loss),("accuracy:",accuracy)])

"""