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【6h】

基于卷积神经网络的宽度学习系统图像分类研究

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目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 课题的背景及研究意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 Yale人脸识别、MNIST、Cats or Dogs数据集概述

1.3.2 深度学习图像分类研究现状

1.3.3 宽度学习图像分类研究现状

1.4 本文的主要内容及论文组织

2 卷积神经网络与图像分类

2.1 引言

2.2 反向传播算法

2.3 卷积神经网络的架构

2.4.1 卷积运算

2.4.2 下采样

2.5.1 图像预处理

2.5.2 图像特征提取

2.6 TensorFlow 简介

2.6.1 TensorFlow的优点

2.6.2 TensorFlow的基本数据结构

2.6.3 TensorFlow的网络配置

2.7 本章小结

3 宽度学习系统与图像分类

3.1 引言

3.2.1 随机神经网络

3.2.2 稀疏自动编码器

3.2.3 随机向量函数链接网络

3.2.4 宽度学习系统模型

3.3 宽度学习系统求解方法

3.4 宽度学习系统的增量学习算法

3.5 宽度学习系统与其它神经网络

① 宽度学习系统与单隐藏神经网络

② 宽度学习系统与超限学习机

③ 宽度学习系统与支持向量机

3.6 宽度学习系统的优点

① 较强的拟合及泛化能力

② 较少的训练时间

③ 紧凑的网络结构

3.7 本章小结

4 基于卷积神经网络的宽度学习系统

4.1 引言

4.2.1 图像标准化

4.2.2 图像归一化

4.2.3 Adam算法

4.3 基于卷积神经网络的宽度学习系统的设计

4.3.1 基于卷积神经网络的宽度学习系统的模型设计

4.3.2 基于卷积神经网络的宽度学习系统的改进

4.4 实验与结果分析

4.4.1 实验环境与参数设置

4.4.2 结果分析

4.5 本章小结

5 轻量化网络结构

5.1 引言

5.2 轻量化网络结构关键技术

5.2.1 SqueezeNet

5.2.2 SVD算法

5.3 轻量化网络结构设计

5.4 实验结果与分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 研究展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目

C. 学位论文数据集

致谢

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摘要

科技的进步使大数据和人工智能成为时代探索和研究的焦点。其中,人工智能领域中的深度学习网络通过模拟人的大脑,能解决很多复杂的模式识别难题,挖掘海量数据的潜在价值。  即便深度学习网络功能十分强大,仍存在不足。主要体现在:一、现有绝大多数深度网络结构复杂,涉及大量的超参数,受到极度耗时训练过程的困扰;二、为了提高实验准确率,深度模型需要调整参数或继续增加自身网络层数,增加网络层的同时伴随着大量参数的产生。由此问题而诞生的宽度学习系统结构简单、速度快、灵活高效,可成为深度学习网络的替代方法,但存在图像分类准确率不够高的问题。加之如今平板电脑、智能手机等其它手持终端设备得到广泛推广普及,及时提取、处理与应用这些产品产生图像的有效信息具有重要的价值。针对以上问题,本文主要工作内容如下:  ①提出了一种基于卷积神经网络的宽度学习系统模型。首先,图像经过卷积神经网络的卷积层和池化层得到被提取的特征,为了提取的特征更为准确,于是使用Adam算法对卷积层和池化层的参数进行一定次数的迭代更新。然后,将提取的图像特征输入宽度学习系统,建立特征节点、增强节点。最后,利用岭回归算法求逆矩阵就可以求解输出权重。根据不同的数据集,可以选择不同数量的卷积层、池化层。  ②提出了一种基于卷积神经网络的宽度学习系统的轻量化网络结构。一方面采用SqueezeNet设计原则,减少了卷积核参数数量和输入通道的数量,并删除了全连接层以简化参数,另一方面用SVD算法对特征节点、增强节点进行奇异值分解降维。  在图像分类领域,相比单独使用卷积神经网络或者宽度学习系统,构建的模型兼具二者的优点,使速率和准确率都有了提升,是一个在时间和精度方面达到平衡的新型网络。采用SqueezeNet设计原则和SVD算法对提出的网络整体上进行压缩,最终得到一个轻量化的网络。

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