Deep Neural Networks (DNN) and especially Convolutional Neural Networks (CNN) are a de-facto standard for the analysis of large volumes of signals and images. Yet, their development and underlying principles have been largely performed in an ad-hoc and black box fashion. To help demystify CNNs, we revisit their operation from first principles and a matched filtering perspective. We establish that the convolution operation within CNNs, their very backbone, represents a matched filter which examines the input signal/image for the presence of pre-defined features. This perspective is shown to be physically meaningful, and serves as a basis for a step-by-step tutorial on the operation of CNNs, including pooling, zero padding, various ways of dimensionality reduction. Starting from first principles, both the feed-forward pass and the learning stage (via back-propagation) are illuminated in detail, both through a worked-out numerical example and the corresponding visualizations. It is our hope that this tutorial will help shed new light and physical intuition into the understanding and further development of deep neural networks.


翻译:深神经网络(DNN),特别是进化神经网络(CNN),是分析大量信号和图像的一个实际标准。然而,它们的发展和基本原则在很大程度上是以临时和黑盒方式实施的。为了帮助消除CNN的神秘性,我们从最初的原则和相匹配的过滤角度重新审视其运作。我们确定CNN内部的 Convolution 行动,即其主干线,是一个匹配的过滤器,它检查了输入信号/图像,以显示预设的特征的存在。这个视角在物理上是有意义的,并成为对CNN的运作进行逐步辅导的基础,包括汇集、零垫式、多种维度削减方式。从最初的原则开始,通过一个固定的数字示例和相应的直观化,对进食道和学习阶段(通过反向调整)进行详细介绍。我们希望,这一辅导将有助于将新的光和物理直观带带入深神经网络的理解和进一步发展。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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