来源:Medium编译:weakish

编者按:Dave Smith使用Excel电子表格深入浅出地讲解了卷积神经网络(CNN)是如何识别人脸的。

使用Excel实现卷积网络

当你入门的时候,可能觉得机器学习很复杂……甚至很可怕。另一方面,电子表格却很简单。电子表格并不酷炫,但却能避免分散你的注意力,同时帮助你以直观的方式可视化代码后面发生的事情。

我将循序渐进地通过电子表格(你可以通过下面的链接下载)向你展示卷积神经网络(CNN)是如何应用于计算机视觉任务的。其中包括一些数学,不过电子表格中包含了所有的公式。

https://drive.google.com/open?id=1TJXPPQ6Cz-4kVRXTSrbj4u4orcaamtpGvY58yuJbzHk

这一电子表格模型查看一幅图像,分析它的像素,并预测是否是Elon Musk、Jeff Bezos、Jon Snow……显然这三位是天网的最大威胁。

使用Excel实现卷积网络

终结者视觉——在电子表格中创建卷积神经网络

本文将介绍上图中的9个步骤,每个步骤都会使用类比的方法给你的直觉增压。

本文的目标是使用容易操作的电子表格,提供入门机器学习的简单路径,并向充满好奇心的读者展示尖端AI技术的奥秘。如果本文对你有帮助,请注册我创建的邮件列表,注册后可以收到更多后续的电子表格,帮助你入门机器学习和创建神经网络。

使用Excel实现卷积网络

Facebook面部识别系统、某国奥威尔式的大规模监控系统、你的汽车(不久的将来)背后的基础都是计算机视觉。

使用Excel实现卷积网络


CNN神探

让我们假装终结者的头脑里住着一个特别的侦探,名叫“夏洛克·卷积·福尔摩斯”。他的工作是仔细查看证据(输入图像),使用敏锐的眼神和推理能力(特征检测),预测图像中的人是谁,从而破案(正确分类图像)。

使用Excel实现卷积网络

卷积网络架构

你将学习:

  1. 输入:计算机如何看

  2. 特征检测:像福尔摩斯一样思考

  3. 卷积数学:福尔摩斯的侦探工具

  4. ReLU:非线性模式识别

  5. 最大池化:保留最重要的线索

  6. 扁平化:排列所有线索

  7. 全连接:完成案件拼图

  8. Logit + Softmax:破案

  9. 交叉熵损失:福尔摩斯的“正/误”

使用Excel实现卷积网络


输入——一图胜千言

使用Excel实现卷积网络

天网的最大威胁——Elon Musk

我从上面的图像中看到了一个有远见的人。他一方面不断改善地球这颗星球,另一方面创建逃离地球的火箭,以防终结者试图摧毁地球。和计算机不同,我看不到像素值,也无法辨认出一张图像不过是红光、绿光、蓝光的堆叠:

使用Excel实现卷积网络

另一方面,一台计算机(比如天网)是瞎的……它只能看到数字。

想象一下由3张电子表格(红、绿、蓝)堆叠构成的电子图像,每张表格是一个数字矩阵。拍照的时候,相机测量到达每个像素的红光、绿光、蓝光的量。接着它在0-255的范围内评估每个像素,然后将其记录到电子表格中。

使用Excel实现卷积网络

计算机看到电子表格

上为一张28x28的图像,每个像素由三行(红、蓝、绿)表示,取值范围0-255. 每个像素的颜色对应其数值。

使用Excel实现卷积网络

终结者没有看到眼睛,他看到的是一串数字

将每种颜色单独放到一个矩阵中,我们得到了3个28x28矩阵,也就是我们之后用来训练神经网络的输入:

使用Excel实现卷积网络

模型输入

如果你想知道如何将任意图像转换成电子表格,请访问以下网址:

http://think-maths.co.uk/spreadsheet

你将学到如何得到一张“Ex拍”,你的Excel迷朋友们会喜欢的……相信我,在电子表格中找到你的马克杯(或者他们的)会让他们捧腹大笑的

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