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卷积神经网络有哪些层构成

卷积神经网络主要由以下层构成:输入层、卷积层(通过卷积操作提取局部特征)、激活函数层(增加非线性)、池化层(降低数据维度)、全连接层(整合特征并分类)以及输出层(输出预测结果)。

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卷积神经网络(CNN)通常由以下核心层构成,按处理顺序排列:

  1. 输入层
    接收原始数据(如图像的三维张量:高度、宽度、通道数)。

  2. 卷积层(Convolutional Layer)

    • 核心作用:通过卷积核提取局部特征(如边缘、纹理)。
    • 关键参数:卷积核大小(如3×3)、步长(Stride)、填充(Padding)、输出通道数。
  3. 激活函数层

    • 常用函数:ReLU(修正线性单元),用于引入非线性,增强模型表达能力。
    • 变体:Leaky ReLU、Sigmoid(用于二分类输出层)等。
  4. 池化层(Pooling Layer)

    • 作用:降低空间维度,增强平移不变性,减少计算量。
    • 类型:最大池化(提取显著特征)、平均池化(平滑特征)。
  5. 批归一化层(Batch Normalization)

    • 对每批数据进行标准化,加速训练收敛,缓解梯度问题。
  6. 全连接层(Fully Connected Layer)

    • 位于网络末端,将特征映射到样本标签空间,用于分类或回归。

其他常见辅助层:

  • Dropout层:随机丢弃部分神经元,防止过拟合。
  • 扁平层(Flatten Layer):将多维特征张量展平,供全连接层处理。
  • 跳跃连接(Skip Connection):如残差网络(ResNet)中的跨层连接,解决梯度消失问题。
  • 上采样层/转置卷积层:用于图像分割等任务,恢复空间分辨率(如U-Net)。
  • 1×1卷积层:调整通道数,降低计算量(如Inception网络)。

典型CNN结构示例:

输入层 → [卷积 → 激活 → 池化]×N → 全连接层 → 输出层
现代网络(如ResNet、DenseNet)常加入批归一化、跳跃连接等模块,提升深度网络性能。

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