作业13 深度学习-卷积

一、简述人工智能、机器学习和深度学习三者的联系与区别。

答：人工只能包括了机器学习和深度学习，而机器学习又包含了深度学习。人工智能是目的，是结果；深度学习、机器学习是方法，是工具；机器学习是一种实现人工智能的方法，机器学习直接来源于早期的人工智能领域。深度学习是一种实现机器学习的技术，深度学习使得机器学习能够实现众多的应用，并拓展了人工智能的领域范围。深度学习，给人工智能以璀璨的未来。

二、 全连接神经网络与卷积神经网络的联系与区别。

联系：除了结构相似，卷积神经网络的输入输出以及训练的流程和全连接神经网络也基本一致，以图像分类为列，卷积神经网络的输入层就是图像的原始图像，而输出层中的每一个节点代表了不同类别的可信度。这和全连接神经网络的输入输出是一致的。类似的，全连接神经网络的损失函数以及参数的优化过程也都适用于卷积神经网络。

区别：卷积神经网络也是通过一层一层的节点组织起来的。和全连接神经网络一样，卷积神经网络中的每一个节点就是一个神经元。在全连接神经网络中，每相邻两层之间的节点都有边相连，于是会将每一层的全连接层中的节点组织成一列，这样方便显示连接结构。而对于卷积神经网络，相邻两层之间只有部分节点相连，为了展示每一层神经元的维度，一般会将每一层卷积层的节点组织成一个三维矩阵。

三、理解卷积计算。

以digit0为例，进行手工演算。

from sklearn.datasets import load_digits #小数据集8*8

digits = load_digits()

四、理解卷积如何提取图像特征。

读取一个图像；

以下矩阵为卷积核进行卷积操作；

显示卷积之后的图像，观察提取到什么特征。

卷积API

scipy.signal.convolve2d

tf.keras.layers.Conv2D

from scipy.signal import convolve2d
from PIL import Image
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

I = Image.open(r'.1.jpg')  #导入图片
L = I.convert("I")

cat = np.array(I)
catg = np.array(L)

k = np.array([[-1,0,1],[-2,0,2],[-1,0,1]])
k1 = np.array([[-1,0,1],[-2,0,-2],[-1,0,1]])  # 垂直边缘检测
k2 = np.array([[1,1,1],[0,0,0],[-1,-1,-1]])   # 水平边缘
k3 = np.array([[-1,-1,-1],[-1,8,-1],[-1,-1,-1]])

cat0 = convolve2d(catg,k,boundary='symm',mode='same')
cat1 = convolve2d(catg,k1,boundary='symm',mode='same')
cat2 = convolve2d(catg,k2,boundary='symm',mode='same')
cat3 = convolve2d(catg,k3,boundary='symm',mode='same')

plt.imshow(cat)
plt.imshow(cat1)
plt.imshow(cat2)
plt.imshow(cat3)

 cat：

cat1：

cat2：

cat3：

五、安装Tensorflow,keras