Сверточные нейронные сети (CNN)

Мы стараемся простым языком рассказывать про важные аспекты из мира ИИ. Полина Полунина, преподаватель НИУ ВШЭ, Сколково, Сириус и др., написала небольшой текст о сверточных нейронных сетях специально для «кодИИм». Читать всем!

Сверточные нейронные сети (CNN) – это класс глубоких нейронных сетей, которые обладают специализированной архитектурой для обработки данных, имеющих пространственную структуру, таких как изображения. Они широко применяются в компьютерном зрении, распознавании образов, анализе временных рядов и других задачах, где важно учитывать пространственные зависимости между данными.

Основными строительными блоками CNN являются сверточные слои, пулинг-слои и полносвязанные слои. Сверточные слои состоят из фильтров (ядер), которые скользят по входным данным и вычисляют локальные признаки. Пулинг-слои уменьшают размерность данных, сохраняя важные признаки. Полносвязанные слои объединяют все признаки для принятия окончательного решения.

Для обучения CNN используется метод обратного распространения ошибки, который позволяет оптимизировать веса сети с целью минимизации ошибки на обучающем наборе данных. При этом часто применяются функции активации, такие как ReLU (Rectified Linear Unit), которые помогают улучшить скорость обучения и предотвратить проблему затухания градиента.

Одной из ключевых особенностей CNN является возможность извлечения иерархии признаков на разных уровнях абстракции. Более низкие слои могут выделять простые фичи, такие как грани и углы, в то время как более высокие слои могут распознавать более сложные паттерны, например, лица или объекты.

Важно отметить, что выбор архитектуры CNN, гиперпараметров и методов регуляризации играет решающую роль в успешности обучения и обобщения модели. Экспериментирование с различными конфигурациями является необходимым шагом для достижения оптимальных результатов.

В заключение, сверточные нейронные сети представляют собой мощный инструмент для анализа и обработки данных с пространственной структурой. Их широкое применение в различных областях делает их одной из наиболее важных технологий в сфере искусственного интеллекта и машинного обучения.