Python3 CNN中卷积和池化的实现--限制为二维输入
- # -*- coding: utf-8 -*-
- """
- Created on Wed Jan 31 14:10:03 2018
- @author: markli
- """
- import numpy as np;
- def ReLU(x):
- return max(0,x);
- class CovolutionLayer:
- """
- 卷积层包含卷积和汇合两步操作
- """
- def __init__(self,filters,padding,pooling,action_fun=ReLU):
- """
- filters 包含 filter_size filter_num filter_stride
- filter_size 过滤器(卷积核)大小 [行,列]
- filter_num 过滤器(卷积核)的个数
- filter_stride 卷积步长
- padding 填充的大小 填充0值
- pooling 包含 pooling_size pooling_stride pooling_classic
- pooling_size 池化时的大小 [行,列] 池化矩阵为方阵
- pooling_stride 池化时的步长 一般情况下大小等于pooling_size
- pooling_classic 汇合类型 类型包括 最大值汇合 max, 平均值汇合 average
- action_fun 卷积操作的激活函数
- """
- self.f_size = (filters[0],filters[1]);
- self.f_num = filters[2];
- self.f_stride = filters[3];
- self.padding = padding;
- self.p_size = (pooling[0],pooling[1]);
- self.p_stride = pooling[2]
- self.p_classic = pooling[3];
- self.action_fun = action_fun;
- self.weights = [];
- for i in range(self.f_num):
- weight = np.random.randn(self.f_size[0],self.f_size[1]);
- self.weights.append(weight);
- self.biase = np.random.randn(self.f_num);
- def Convolution(self,X):
- """
- X 为二维数组
- """
- #获得初始X的形状
- n,m = X.shape;
- #填充
- if(self.padding != 0):
- ones = np.zeros((n+2*self.padding,m+2*self.padding));
- ones[self.padding:self.padding+n,self.padding:self.padding+m] = X;
- X = ones;
- #获得填充后X的形状
- n,m = X.shape;
- #求得卷积操作降维后的层的大小
- t = int((n-self.f_size[0])/ self.f_stride) + 1; #行数
- l = int((m-self.f_size[1]) / self.f_stride) + 1; #列数
- #求得池化后降维的大小
- t_p = int((t-self.p_size[0]) / self.p_stride) + 1; #池化层的行数
- l_p = int((l-self.p_size[1]) / self.p_stride) + 1; #池化层的列数
- self.convs = [];
- self.pools = []
- for k in range(self.f_num):
- conv = np.ones((t,l));
- pool = np.ones((t_p,l_p));
- row = 0;
- #卷积
- for i in range(l):
- col = 0;
- for j in range(t):
- temp = X[row:row+self.f_size[0],col:col+self.f_size[1]];
- z = np.sum(np.multiply(self.weights[k],temp)) + self.biase[k];
- a = self.action_fun(z);
- conv[i][j] = a;
- col = col + self.f_stride;
- row = row + self.f_stride;
- self.convs.append(conv);
- #池化
- row = 0;
- for i in range(t_p):
- col = 0;
- for j in range(l_p):
- temp = conv[row:row+self.p_size[0],col:col+self.p_size[1]];
- if(self.p_classic == "average"):
- pool[i][j] = np.sum(temp) / (self.p_size[0] * self.p_size[1]);
- else:
- pool[i][j] = np.max(temp);
- col = col + self.p_stride;
- row = row + self.p_stride;
- self.pools.append(pool);
- X = np.array([[18,54,51,239,244,188],
- [55,121,75,78,95,88],
- [35,24,104,113,109,221],
- [3,154,104,235,25,130],
- [15,253,225,159,78,233],
- [68,85,180,214,215,0]]);
- #X 归一化处理
- X = (X - np.sum(X)/36) / np.max(X);
- #print(X.shape)
- con = CovolutionLayer([3,3,2,1],1,[2,2,2,"max"],);
- con.Convolution(X);
- print(con.pools);
目前只能实现二维的操作,三维的实现还没想好如何存储。卷积神经网络的存储和计算是真的很复杂,过段时间想好了在实现。
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