im2col在卷积神经网络中的具体应用

分手后的思念是犯贱 2022-05-27 10:09 240阅读 0赞

我们在DEEPLab的网络中提到了利用im2col来加速，但是im2col如何作用到卷积神经网络的。

我看了[http://cs231n.github.io/convolutional-networks/\#convert][http_cs231n.github.io_convolutional-networks_convert]

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了解了一二，先写下来，当作笔记。

卷积的filter一般情况下是二维矩阵，比如11\*11\*3，我们将其转换成11\*11\*3=363的向量，由于一个filter产生一个输出，所以我们可以说这个输出的感受野是363，因为看到了363个像素，通过filter。于是我们总共有，size(output).pixels\*363这个大小的im2col 命名为X\_col矩阵。感受野之间是有重复的，因为stride等于1，如果每个filter不去卷积重复的块，那自然也没有重复的。

然后，如果我们有96个filters，那就有一个W\_col矩阵，大小是(363\*96).

这两个矩阵，有什么用呢。作用就是，现在你可以用矩阵的乘法来作用于(W\_col,X\_col),这个乘法就相当于我们的filter迭代的去卷积了。然而事实上时间复杂度并没有改变啊，不过有个优点就是它具有了矩阵乘法的性质，这样线性代数上的所有技巧我们都可以不假思索的用在这里，是不是很棒棒？注意这个size(output).pixels=output.W\*output.H,所以我们还要reshape回去到三个维度上。W\*H\*96.

缺点就是如果你的stride很小，那么X\_col里面有很多重复的元素，这就导致了不必要的存储空间，优点不出我所料，就是利用了矩阵乘法这个已经被数学家研究透了的东西，能够增加效率。作者举了个栗子，就是BLAS。

在pooling时候我们还可以借助im2col。

因为pooling和conv是一样的。都是一个filter出一个位置的像素。如果是average像之前那样直接矩阵乘法，max的话就需要动下老筋，怎么做矩阵乘法能够求出最大值。两个的可以加减法来做，多个的话鸽了，等我看到在更。

好了完。

[http_cs231n.github.io_convolutional-networks_convert]: http://cs231n.github.io/convolutional-networks/#convert
[70]: /images/20220527/60e0be900091480eb142701c2175bc2a.png