CNN及DPCNN的学习

CNN(卷积神经网络) 基本模块##

1. 卷积层
   由一组科学系的滤波器（filter）或内核（kernels)组成，他们具有很小的感受视野。在前馈期间，每个滤波器对输入进行卷积，计算滤波器和输入之间的点积，并产生该滤波器的二维激活图。
   
   卷积层示意图
   
   相对于全连接的神经网络， 引入卷积层可以减少训练的参数数量。

1.1 例子

filter参数（识别曲线）

选取区域

曲线区域与过滤器点积

非曲线区域与过滤器点积

2. ReLU层（修正线性单元）
   每个卷积层之后，通常会立即应用一个非线性层（或者激活层）。目的是给刚经过卷积层中线性计算操作的系统引入非线性特征。常用的激活函数有：双曲正切和S型函数。但相对来说，ReLU层效果要更好一些。它能够帮助减轻梯度消失的问题，加快训练的速度。ReLU 层对输入内容的所有值都应用了函数 f(x) = max(0, x)

2.1 梯度消失的原因
z₄ = σ(w₄σ(w₃σ(w₂σ(w₁x))))
∂z₄/∂w₁ = σ'(z₄)w₃σ'(z₄)w₃....
导数依赖于权重和激活函数的求导，如果σ'(z_n)w_n<1,随着神经网络层数增加，求导结果越来越小，使深层的网络对浅层的网络的影响变得越来越小。（梯度爆炸则是>1情况下）

3. 池化层（Pooling Layer）
   在几个 ReLU 层之后，程序员也许会选择用一个池化层（pooling layer）。它同时也被叫做下采样（downsampling）层。在这个类别中，也有几种可供选择的层，最受欢迎的就是最大池化（ max-pooling）。它基本上采用了一个过滤器（通常是 2x2 的）和一个同样长度的步幅。然后把它应用到输入内容上，输出过滤器卷积计算的每个子区域中的最大数字。这到达了两个主要目的。第一个是权重参数的数目减少到了75%，因此降低了计算成本。第二是它可以控制过拟合（overfitting）

   
   
   池化层

4. Dropout层
   dropout是一种正则化的方法，用来解决CNN过拟合问题。设置概率，随机去除隐层的神经元个数。

DPCNN(Deep Pyramid Convolutional Neural Networks)

1. 简介
   DPCNN被发表在自然语言处理领域顶级会议ACL2017(原文)。这篇paper提出了一个低复杂度词级别的卷积神经网络架构。该网络可以用于文本分类，有效地表示文本中的长范围关联。

2. 架构

   
   
   DPCNN及其它网络结构图

• Text region embedding, 将常用的词嵌入模型推广到覆盖一词或多词的文本域嵌入。
• 紧接着是叠加的卷积块（由两个个卷积层和一个shortcut[残差网络]构成），与池化层交错，使用stride 2向下采样。
• 最后的池化层把每个文档的数据聚合为一个向量。以上所有的池化层都是用最大池化层。

3. 文本区嵌入(Text region embedding)
   v: size of vocabulary
   考虑下面三种类型k-词区表示。
   （1）序列输入，kv维串联，k个one-hot向量
   （2）bow输入，一个v维的bow向量
   （3）n-gram词袋输入。