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Python Day41

news 2025/8/19 5:20:08

Task：
1.数据增强
2.卷积神经网络定义的写法
3.batch归一化：调整一个批次的分布，常用与图像数据
4.特征图：只有卷积操作输出的才叫特征图
5.调度器：直接修改基础学习率
卷积操作常见流程如下：

输入 → 卷积层 → Batch归一化层（可选） → 池化层 → 激活函数 → 下一层
2.Flatten -> Dense (with Dropout，可选) -> Dense (Output)

1. 数据增强（Data Augmentation）

作用：通过人工扩展训练数据集，提升模型泛化能力，防止过拟合。
常见方法（图像领域）：
- 几何变换：旋转、翻转、缩放、裁剪、平移。
- 颜色变换：亮度、对比度、饱和度调整。
- 噪声注入：高斯噪声、椒盐噪声。
- 高级方法：Mixup、CutMix、AutoAugment（自动搜索增强策略）。

2. 卷积神经网络（CNN）定义写法

以PyTorch为例的典型结构：

import torch.nn as nnclass CNN(nn.Module):def __init__(self, num_classes=10):super(CNN, self).__init__()self.features = nn.Sequential(nn.Conv2d(3, 16, kernel_size=3, padding=1),  # 输入通道3，输出16nn.BatchNorm2d(16),  # BatchNorm层nn.ReLU(),nn.MaxPool2d(2, 2),  # 池化层nn.Conv2d(16, 32, kernel_size=3, padding=1),nn.BatchNorm2d(32),nn.ReLU(),nn.MaxPool2d(2, 2))self.classifier = nn.Sequential(nn.Flatten(),  # 展平多维特征图nn.Linear(32 * 8 * 8, 128),  # 假设展平后大小为32*8*8nn.Dropout(0.5),  # Dropout层nn.Linear(128, num_classes))def forward(self, x):x = self.features(x)x = self.classifier(x)return x

3. Batch归一化（Batch Normalization, BN）

作用：对每个批次的输入进行标准化（均值0、方差1），加速训练并缓解梯度消失。
公式：
[
\hat{x} = \frac{x - \mu_B}{\sqrt{\sigma_B^2 + \epsilon}} \quad \text{,} \quad y = \gamma \hat{x} + \beta
]
- (\mu_B, \sigma_B)：批次均值/方差；(\gamma, \beta)：可学习参数。
注意事项：
- 训练与推理时行为不同（推理时使用全局统计量）。
- 对batch size敏感（小batch可能效果差）。

4. 特征图（Feature Map）

定义：卷积层输出的张量，每个通道对应一个滤波器提取的特征。
特点：
- 空间维度（高/宽）可能因步长或填充改变。
- 深度维度等于滤波器数量（如nn.Conv2d(16, 32, ...)输出深度32）。

5. 学习率调度器（LR Scheduler）

作用：动态调整学习率以平衡训练速度与稳定性。
常见类型：
- StepLR：每隔固定epoch衰减。
- CosineAnnealingLR：余弦退火调整。
- ReduceLROnPlateau：基于验证指标动态调整。

PyTorch示例：

optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001)
scheduler = torch.optim.lr_scheduler.StepLR(optimizer, step_size=5, gamma=0.1)
# 每个epoch调用 scheduler.step()