卷积和全连接神经网络实现手写数字识别 本文档介绍了使用卷积神经网络和全连接神经网络实现手写数字识别的方法。文档中首先介绍了实验的内容和实验原理，然后详细讲解了全连接神经网络和卷积神经网络的原理和结构。文档还提供了实验步骤，指导读者如何使用 Keras 实现手写数字识别。 一、实验内容 本实验的目的是使用 Keras 实现手写数字识别。实验中，我们将使用 MNIST 数据集，该数据集包含 60000 张手写数字图片，每张图片的大小是 28x28 个像素点。我们将使用全连接神经网络和卷积神经网络两种方法来实现手写数字识别。 二、实验原理 ### 2.1 数据集 MNIST 数据集是手写数字识别的常用数据集。每张图片由 28x28 个像素点构成，每个像素点用一个灰度值表示。可以将这 28x28 个像素展开为一个一维的行向量，作为输入，也就是有 784x1 的向量。 ### 2.2 神经元 人工神经网络（ANN，Artificial Neuron Network）是模拟生物大脑的神经网络结构，它是由许多称为人工神经细胞（Artificial Neuron，也称人工神经元）的细小结构单元组成。简易模型如下所示： x1 … xn：表示神经细胞的输入，也就是输入神经细胞的信号。 w1 … wn：表示每个输入的权重，就好比生物神经网络中每个轴突和树突的连接的粗细，强弱的差异。 b：偏置权重 threshold：偏置（可以将 threshold * b 看作是前面提到的生物神经细胞的阈值） 蓝色部分：细胞体。 黄色球形是所有输入信号以的求和。 红色部分是表示求和之后的信号的激励函数（即达到阈值就处于兴奋状态，反之抑制，当然作为人工神经细胞，其激励函数很多，阶跃（型）激励函数，sigmoid（s 型）激励函数，双曲正切（tanh）激励函数，ReLu（Rectified Linear Units）激励函数等等） ### 2.3 全连接神经网络 全连接神经网络模型是一种多层感知机（MLP），感知机的原理是寻找类别间最合理、最具有鲁棒性的超平面，感知机最具代表的是 SVM 支持向量机算法。神经网络同时借鉴了感知机和仿生学，神经元接受一个信号后会发送各个神经元，各个神经元接受输入后根据自身判断，激活产生输出信号后汇总从而实现对信息源实现识别、分类。 包含两个隐藏层的神经元网络结构如下： 每个结点和下一层所有几点都有运算关系，实践中全连接神经网络通常有多个隐藏层，增加隐藏层可以更好的分离数据的特征，但过多的隐藏层也会增加训练时间以及会产生过拟合。 训练神经网络中需要使用 bp 算法，先是通过前向传播，得到预测结果，再反向传播去调整模型权重。反向传播：反向传播根据前向传播产生的损失函数值，沿输出端向至输入端优化每层之间参数，在此过程中运算利用梯度下降法优化参数，神经网络求解参数本质上仍然是规则中求最优解问题，现在的机器学习框架如 Tensorflow、pytorch、keras 将梯度下降法、Booting、Bagging 这些优化中常用技巧封装起来，我们只用关注数据建模即可。 ### 2.4 卷积神经网络 卷积神经网络可以利用空间结构关系减少需要学习的参数量，提高反向传播算法的训练效率。一般的 CNN 有多个卷积层构成，每个卷积层会进行如下操作： 图像通过多个不同的卷积核的滤波，并加偏置（bias），提取出局部特征，每一个卷积核会映射出一个新的 2D 图像。将前面卷积核的滤波输出结果进行非线性的激活函数处理。对激活函数的结果再进行池化操作（即降采样），目前一般是使用最大池化，保留最显著的特征，并提升模型的畸变容忍能力。 这几个步骤就构成最常见的卷积层，当然也可以在加上一个 LRN 层（Local Response Normalization，局部响应归一化层）。 CNN 的要点是卷积核的权值共享（Weight Sharing）、局部连接模式（Local Connection）和池化层（Pooling）中的降采样（Down-Sampling）。局部连接和权值共享降低了参数量，使训练复杂度大大下降，减轻过拟合并降低计算量。同时权值共享还赋予了 CNN 对平移的容忍性，而池化层降采样则进一步降低了输出层参数，并赋予模型轻度形变的容忍性，提高模型的泛化能力。 每个卷基层包含三个部分：卷积、池化和非线性激活函数使用卷积提取空间特征降采样的平均池化层、双曲正切或 S 型的激活函数、MLP 作为最后的分类器层与层之间的稀疏连接减少计算复杂度。 三、实验步骤 ### 3.1 全连接神经网络实现 1. 获取数据集 Keras 中集成了 MNIST 数据集，直接从其中导入数据，并对数据进行整理。从之可以看出，数据为 28*28，一共 60000 张。 2. 对数据集中的数据进行可视化 3. 对数据进行维度转换把每一张 28 x 28 的图片分别转为长度为 784 的向量，再合并成一个大的像素矩阵，每个维度表示一个像素点的灰度值/255。 4. 对输出结果进行格式转化将经过神经网络训练完后的内容，转化为 10 个类别的概率分布。 本文档介绍了使用卷积神经网络和全连接神经网络实现手写数字识别的方法。使用 Keras 实现手写数字识别可以使用 MNIST 数据集，并使用全连接神经网络和卷积神经网络两种方法来实现手写数字识别。

水色图像水质评价采用专门针对推向处理的卷积神经网络来进行分类处理

卷积神经网络（Convolutional Neural Networks，简称CNN）是一种深度学习模型，特别适用于处理具有二维结构的数据，如图像。在本项目中，卷积神经网络被用来实现一个人脸性别检测算法，该算法能识别出图像中人脸的性别。TensorFlow，作为Google开源的机器学习框架，是实现这个算法的主要工具。 1. **卷积神经网络**：CNN的核心特点是其卷积层，它通过滤波器（或称卷积核）对输入图像进行扫描，提取特征。卷积层通常伴随着池化层，用于降低数据维度，减少计算量，并保持模型的泛化能力。此外，全连接层将提取的特征映射到预定义的输出类别，如男性和女性。 2. **TensorFlow**：TensorFlow是一个强大的开源库，支持构建、训练和部署大规模的机器学习模型。它提供了丰富的API，使得开发者能够方便地构建卷积神经网络。在人脸性别检测中，TensorFlow可以用于定义模型结构、初始化参数、定义损失函数、选择优化器以及训练模型等步骤。 3. **人脸性别检测**：这是一个计算机视觉任务，目标是从图像中识别出人脸并确定其性别。通常，这需要先进行人脸识别，然后在检测到的人脸区域应用性别分类器。在本项目中，可能使用预训练的人脸检测模型（如MTCNN或SSD）来定位人脸，然后将裁剪出的人脸图片输入到CNN模型进行性别判断。 4. **模型构建**：CNN模型通常包括多个卷积层、池化层，以及一到两个全连接层。在人脸性别检测中，输入可能是经过预处理的人脸图像，输出是概率向量，表示为男性和女性的概率。模型的架构设计需要考虑平衡模型复杂度与性能，以及避免过拟合。 5. **数据准备**：训练模型前，需要大量带标签的人脸图像数据。这些数据应该涵盖不同性别、年龄、光照条件和表情的人脸。数据增强技术如翻转、旋转和缩放可以增加模型的泛化能力。 6. **训练过程**：在TensorFlow中，通过定义损失函数（如交叉熵）和优化器（如Adam），然后使用批量梯度下降法更新模型参数。训练过程中会监控验证集的性能，以便在模型过拟合时及时停止训练。 7. **评估与测试**：模型训练完成后，需要在独立的测试集上评估其性能，常用指标有准确率、精确率、召回率和F1分数。对于实时应用，还需要考虑模型的推理速度和资源消耗。 8. **模型优化**：如果模型表现不佳，可以尝试调整超参数（如学习率、批次大小）、增加层数、改变激活函数或使用正则化技术来提高性能。 9. **应用部署**：训练好的模型可以部署到移动设备或服务器上，用于实际的人脸性别检测应用。TensorFlow提供了如TensorFlow Lite这样的轻量化版本，方便在资源有限的设备上运行。 本项目通过TensorFlow实现的卷积神经网络，为理解深度学习在人脸识别和性别检测领域的应用提供了一个很好的实例。通过学习和实践，开发者可以掌握CNN和TensorFlow的关键概念，进而应用于其他计算机视觉任务。

Matlab研究室上传的视频均有对应的完整代码，皆可运行，亲测可用，适合小白； 1、代码压缩包内容 主函数：main.m； 调用函数：其他m文件；无需运行 运行结果效果图； 2、代码运行版本 Matlab 2019b；若运行有误，根据提示修改；若不会，私信博主； 3、运行操作步骤 步骤一：将所有文件放到Matlab的当前文件夹中； 步骤二：双击打开main.m文件； 步骤三：点击运行，等程序运行完得到结果； 4、仿真咨询 如需其他服务，可私信博主或扫描视频QQ名片； 4.1 博客或资源的完整代码提供 4.2 期刊或参考文献复现 4.3 Matlab程序定制 4.4 科研合作

基于卷积神经网络-双向长短期记忆网络(CNN-BILSTM)多维时间序列预测，CNN-BILSTM回归预测，MATLAB代码。 评价指标包括:R2、MAE、MSE、RMSE和MAPE等，代码质量极高，方便学习和替换数据。

CNN-LSTM-Attention分类，基于卷积神经网络-长短期记忆网络结合注意力机制(CNN-LSTM-Attention)分类预测 MATLAB语言（要求2020版本以上） 中文注释清楚 非常适合科研小白，替数据集就可以直接使用 多特征输入单输出的二分类及多分类模型。 预测结果图像：迭代优化图，混淆矩阵图等图如下所示

深度学习是一种人工智能领域的核心技术，它基于人工神经网络的模拟，通过大量数据的训练来自动学习特征，从而实现模式识别和预测。在当前的IT行业中，深度学习已经广泛应用于图像识别、自然语言处理、语音识别等领域。TensorFlow是Google开发的一个开源深度学习框架，它为研究人员和工程师提供了一个强大的平台，用于构建和部署大规模机器学习模型。 本压缩包"深度学习培训PPT.rar"包含了由专家陈力主讲的一系列深度学习课程讲义，主要围绕TensorFlow框架展开，同时也涉及到了深度学习的基础理论和实际应用。以下是这些文件的主要内容概览： 1. **陈力-1.深度卷积网络基本原理、结构与优化.pdf**：这份文档详细介绍了深度卷积网络（Convolutional Neural Networks, CNNs）的基本原理，包括卷积层、池化层、激活函数等关键组件，并探讨了网络的优化方法，如梯度下降、动量优化和Adam优化器。 2. **陈力-2.TensorFlow介绍与入门.pdf**：此讲义主要面向初学者，系统地介绍了TensorFlow的安装、环境配置，以及如何创建计算图、会话和变量。同时，还讲解了如何利用TensorFlow进行数据读取、预处理以及模型的构建和训练。 3. **陈力-3.深度卷积网络实践与讲解.pdf**：这一部分深入探讨了CNN在实际问题中的应用，可能包括图像分类、目标检测等任务，同时通过实例展示了如何在TensorFlow中实现这些网络架构。 4. **陈力-4.深度学习遥感图像检测.pdf**：遥感图像分析是深度学习的一个重要应用领域，这部分可能涵盖了使用CNN进行遥感图像目标检测的技术，包括Faster R-CNN、YOLO等前沿算法。 5. **陈力-5.*(新)网络框架演化和标注工具.pdf**：这部分可能讨论了深度学习网络框架的发展历程，以及常用的标注工具，如LabelImg等，这对于数据预处理和模型训练至关重要。 6. **陈力-6.深度学习遥感图像分割.pdf**：遥感图像分割是另一个关键应用，涉及到像素级别的分类，可能会介绍语义分割和实例分割的最新进展，如U-Net、Mask R-CNN等模型。 通过学习这些讲义，读者不仅可以掌握深度学习的基础知识，还能了解到TensorFlow的实际操作，以及深度学习在遥感图像分析领域的具体应用。这些材料对于想要提升深度学习技能的IT从业者或是科研人员来说，是非常宝贵的资源。

Visio是一款功能强大的图表和矢量图形应用程序，它被广泛用于创建各种类型的图表，包括复杂的卷积神经网络（CNN）结构图。使用Visio绘制的CNN结构图模板，可以帮助研究人员、学生和专业人士更高效地设计和展示他们的神经网络模型。 该模板通常包含了一系列预定义的形状和符号，如卷积层、池化层、全连接层、激活函数等，这些元素可以直接拖拽到画布上使用。用户可以通过调整这些元素的大小、颜色和连接方式来定制自己的网络结构图。此外，模板可能还提供了一些辅助功能，比如自动布局、数据流方向指示和层次结构的清晰展示。 通过使用Visio的卷积神经网络结构图模板，用户可以节省大量手动绘制的时间，并确保图表的专业性和一致性。这不仅适用于学术报告和论文，也适用于项目演示和技术文档。然而，请注意，我不能提供实际的下载链接，但用户可以根据描述在网络上搜索并找到相应的Visio模板资源。

卷积神经网络结构图 Visio

1. 二维卷积实验 手写二维卷积的实现，并在至少一个数据集上进行实验，从训练时间、预测精度、Loss变化等角度分析实验结果（最好使用图表展示）（只用循环几轮即可）。 使用torch.nn实现二维卷积，并在至少一个数据集上进行实验，从训练时间、预测精度、Loss变化等角度分析实验结果（最好使用图表展示）。 不同超参数的对比分析（包括卷积层数、卷积核大小、batchsize、lr等）选其中至少1-2个进行分析。 2. 空洞卷积实验 使用torch.nn实现空洞卷积，要求dilation满足HDC条件（如1,2,5）且要堆叠多层并在至少一个数据集上进行实验，从训练时间、预测精度、Loss 变化等角度分析实验结果（最好使用图表展示）。 将空洞卷积模型的实验结果与卷积模型的结果进行分析比对，训练时间、预测精度、Loss变化等角度分析。 不同超参数的对比分析（包括卷积层数、卷积核大小、不同dilation的选择，batchsize、lr等）选其中至少1-2个进行分析（选做）。 3. 残差网络实验 实现给定结构的残差网络，在至少一个数据集上进行实验，从训练时间、预测精度、L