padding的作用

padding的作用

网友弹幕:这里是有现成公式的,吴恩达视频说过,如果前后尺寸不变的话,那么padding=(f-1)/2,f是卷积核的尺寸,也就是5,所以padding=(5-1)/2=2

示例self.conv1 = Conv2d(3, 32, 5, padding=2)这行代码中,padding 参数的含义如下:

概念解释

padding 是卷积操作中的一个重要参数,它表示在输入数据的边界周围添加零值像素(零填充)的数量。具体来说,在二维卷积操作中,它决定了在输入数据的高度和宽度方向上,在其边缘添加零元素的数量。

作用和影响

保持输入输出尺寸的稳定性:

当使用卷积层时,卷积核在输入数据上滑动进行卷积操作,如果不使用 padding,输出数据的尺寸通常会比输入数据的尺寸小。这是因为卷积核在边界处无法完全覆盖输入数据的全部范围,导致输出尺寸减小。例如,对于一个输入尺寸为 (height, width) 的图像,使用一个 kernel_size 为 k 的卷积核,在不使用 padding 时,输出的尺寸为 (height - k + 1, width - k + 1)。通过添加 padding,可以在一定程度上控制输出数据的尺寸,避免尺寸过度缩小。在上述代码中,padding=2 表示在输入数据的四周各添加 2 个零值像素。对于输入的图像数据(假设其尺寸为 (batch_size, channels, height, width)),在高度和宽度方向上都添加了 2 个零值像素,这有助于保持输出尺寸相对稳定。控制特征提取范围:

padding 可以影响卷积操作对输入数据边界信息的处理。通过添加 padding,可以使卷积核在处理边界信息时,能够考虑到更多的上下文信息。例如,对于图像的边缘像素,使用 padding 后,卷积核在处理这些像素时会包含更多的相邻像素信息,而不仅仅是内部像素的信息。在 Conv2d(3, 32, 5, padding=2) 中,输入通道数为 3(例如 RGB 图像的三个通道),输出通道数为 32(表示将提取出 32 种不同的特征),卷积核大小为 5×5。使用 padding=2 可以使输出尺寸在某些情况下接近输入尺寸,其计算公式为:

当 stride=1(默认情况下),对于输入尺寸 (batch_size, channels, height, width),输出尺寸为 (batch_size, 32, height, width),因为 (height - 5 + 2×2)/1 + 1 = height,(width - 5 + 2×2)/1 + 1 = width。这样可以避免输出尺寸的快速减小,有利于构建更深层次的网络结构,同时保证了对输入数据的更充分利用,尤其是在输入数据尺寸相对较小的情况下。

总之,padding 是卷积操作中控制输入数据边界处理和输出尺寸的重要参数,通过调整 padding 的值,可以灵活地平衡卷积操作的特征提取范围和输出尺寸,为构建有效的卷积神经网络提供了更多的灵活性和可控性。

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