1.算法运行效果图预览
2.算法运行软件版本
MATLAB2022a
3.算法理论概述
CNN是一种专门用于图像处理的神经网络架构，其核心是卷积层、池化层和全连接层。CNN利用卷积操作和池化操作来自动学习图像中的特征，然后通过全连接层将这些特征映射到不同类别的标签上，实现图像分类和目标识别。
CNN的核心思想是局部感受野的权重共享，即相同卷积核在图像的不同位置进行卷积操作，从而有效地减少了网络参数数量，加速了训练过程。卷积层通过滑动窗口的方式在图像上进行特征提取，然后池化层对提取的特征进行下采样，进一步减少数据维度。
在CNN中，每个卷积层的过滤器（卷积核）可以捕获不同的特征，例如边缘、纹理等。随着网络的深入，卷积层可以学习到更加抽象的特征，从而实现对图像中不同层次的语义理解。
卷积层是CNN的核心部分，通过卷积操作从图像中提取特征。卷积操作可以用以下数学公式表示：
池化层用于减小特征图的尺寸，降低计算复杂度。最大池化是一种常用的池化操作，其数学公式为：
CIFAR-10数据库： CIFAR-10是一个常用的图像分类数据库，包含10个类别的60000张32x32彩色图像，每个类别有6000张图像。这些类别分别是：飞机、汽车、鸟、猫、鹿、狗、青蛙、马、船和卡车。
CIFAR-10数据库的特点：
数据集规模适中，适合用于算法验证和研究。
图像尺寸较小，32x32像素，有助于加快网络训练速度。
包含多个类别，适用于多类别图像分类任务。
CNN在CIFAR-10数据库上的应用： 在CIFAR-10数据库上，CNN被广泛用于目标识别任务。研究人员使用不同的CNN架构、超参数和训练技巧来实现高性能的图像分类模型。通过对CIFAR-10数据集进行训练，CNN可以自动地学习到各种特征，并实现准确的图像分类。
4.部分核心程序
%定义网络层
layers = [
input_layers
Cnn_layers
ouput_layers
]
layers(2).Weights = 0.0001 * randn([filterSize numChannels numFilters]);
% 设置网络训练选项
opts = trainingOptions('sgdm', ...
'Momentum', 0.9, ...
'InitialLearnRate', 0.001, ...
'LearnRateSchedule', 'piecewise', ...
'LearnRateDropFactor', 0.1, ...
'LearnRateDropPeriod', 8, ...
'L2Regularization', 0.004, ...
'MaxEpochs', 40, ...
'MiniBatchSize', 128, ...
'Verbose', true);
% 训练CIFAR-10分类网络
cifar10Net = trainNetwork(P_train, T_train, layers, opts);
% 提取第一个卷积层的权重
w = cifar10Net.Layers(2).Weights;
% 将权重重新缩放到[0, 1]的范围以便更好地可视化
w = rescale(w);
figure
montage(w)
% 在测试集上运行网络
YTest = classify(cifar10Net, P_test);
% 计算准确率
accuracy = sum(YTest == T_test)/numel(T_test)
figure;
for i = 1:49
subplot(7,7,i)
imshow(P_test(:,:,:,i));
title([YTest(i)]);
end
figure;
for i = 1:49
subplot(7,7,i)
imshow(P_test(:,:,:,i+49));
title([YTest(i+49)]);
end