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如何通过人工神经网络实现图像识别(隐藏层是指除了输入层和输出层之外的中间层它负责对输入数据进行变换和抽象)

   (隐藏层是指除了输入层和输出层之外的中间层它负责对输入数据进行变换和抽象)



https://m.toutiao.com/is/DJr4orJ/ 


人工神经网络是一种模仿人类大脑结构和功能的计算模型,它由许多简单的处理单元(神经元)相互连接而成。人工神经网络可以从数据中学习特征和规律,从而实现各种复杂的任务,如分类、回归、聚类、生成等。

图像识别是指让计算机能够理解和分析图像中的内容,如物体、场景、人脸、文字等。图像识别是人工智能领域的一个重要分支,也是计算机视觉的核心问题。

人工神经网络在图像识别方面有着非常强大的能力,它可以自动从图像中提取有用的特征,而不需要人为地设计和选择特征。特征是对图像中信息的一种表示,它可以反映图像中的形状、纹理、颜色等属性。特征越能够区分不同类别的图像,图像识别的效果就越好。人工神经网络通过多层的结构,可以学习到从低级到高级的特征,从而实现对图像的深度理解。

那么,人工神经网络是如何对图像进行处理和学习的呢?我们以一个简单的例子来说明,假设我们要让人工神经网络识别手写数字,如下图所示:

首先,我们需要将图像转换为数字,因为人工神经网络只能处理数值型的数据。我们可以将每个像素点的灰度值(0-255)作为一个数字,这样一个28x28像素的图像就可以表示为一个784维的向量(28x28=784)。这个向量就是人工神经网络的输入层,如下图所示:

接下来,我们需要构建人工神经网络的隐藏层,隐藏层是指除了输入层和输出层之外的中间层,它们负责对输入数据进行变换和抽象。隐藏层中最常用的一种类型是卷积层,卷积层可以看作是一种特殊的滤波器,它可以在输入数据上滑动并进行局部加权求和,从而提取出局部特征。卷积层中有多个不同的滤波器,每个滤波器可以学习到不同的特征,如边缘、角点、条纹等。卷积层的输出称为特征图(feature map),它反映了输入数据在不同空间位置上与滤波器的匹配程度。如下图所示:

卷积层之后通常会接一个激活层,激活层是指对输入数据进行非线性变换的函数,如sigmoid、tanh、ReLU等。激活函数可以增强人工神经网络的非线性拟合能力,使其能够学习更复杂的函数关系

激活层之后通常会接一个池化层,池化层是指对输入数据进行降采样的操作,即在一个局部区域内取最大值(max pooling)或平均值(average pooling)等。池化层的作用是减少数据的维度和参数量,从而降低计算复杂度和过拟合风险,同时保留重要的特征信息。池化层也可以增强特征的平移不变性,即对于输入数据的小幅度平移,不会影响输出结果。如下图所示:

卷积层、激活层和池化层可以重复多次堆叠,形成一个深度卷积神经网络(deep convolutional neural network),每一层都可以学习到更高层次的特征,从而实现对图像的深度理解。如下图所示:

最后,我们需要将深度卷积神经网络的输出连接到一个全连接层,全连接层是指每个神经元都与上一层的所有神经元相连,它可以对输入数据进行线性组合和分类。全连接层的输出就是人工神经网络的预测结果,即每个类别的概率分布。

这样,我们就构建了一个完整的人工神经网络来实现图像识别的任务。当然,这只是一个简单的例子,实际上人工神经网络还有很多其他的变种和优化方法,如批量归一化(batch normalization)、残差连接(residual connection)、注意力机制(attention mechanism)等,它们可以进一步提高人工神经网络的性能和效率。

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