深入浅出DeepLearning（一）

本文是本人原创，供自己研习之余分享一些学习的心得和感悟，如有转载，请征得本人同意并标明出处。

本文计划围绕CNN（卷积神经网络）来进行，最后给出几个tensorflow下有趣的小程序，供初学者入门使用。

小猛加入了某不仅仅是世界500强，开始了他的DeepLearning工程师之路。

他的老板交给他一项任务，做一个产品，智能识别樱桃和西红柿！

小猛拿到了老板的任务，觉得真的So easy，樱桃和西红柿按照个头大小即可区分！

但是多大就算是西红柿，多小就算是樱桃呢？假定尺寸大于W1的就被判定为西红柿，

尺寸小于W1的就被判定为樱桃，这个W1怎么来定呢？答案就是——通过训练来学习获得。

给W1设定一个初值，假设为0cm，然后把这个参数带入我们的模型：

如果 尺寸大于W1：西红柿

如果石村小于W1：樱桃

然后把樱桃的尺寸往里面带入，发现樱桃居然被判断成了西红柿！W1需要修正。

只要智力正常的人都知道，应该加大W1的值，这里我们假设一每次加大1cm，然后我们发现，当W1加大成3cm的时候，我们的模型区分出了手头所有的樱桃和西红柿！

那么，对于新买来的西红柿，我们带入这个模型，发现依然可行！Perfect！

通过不断的训练，我们得到了我们想要的模型！我们把尺寸这个维度称之为一个特征！

OK，按照这个思路，小猛实现了他的第一个人工智能产品，产品上市之后反应良好。

小猛升值加薪，迎娶了白富美，走上了人生巅峰！

嗯嗯，当然以上是不可能的！结果是：友商推出了同样的产品，因此小猛的老板要求他，加入更多的功能，不仅仅能识别樱桃和西红柿，还要能识别橘子。

要知道，橘子的大小和西红柿是差不多的，这下可难坏了小猛。

经过几个日日夜夜的冥思苦想，小猛顿悟，仅仅从个头这个维度识别物品根本不够！需要再引入一个维度(特征)——颜色！

那么训练这个模型，需要两个参数，W1、W2。其中W1在尺寸这个维度、W2在颜色这个维度。
训练W1的方法，上面已经给出了，但是训练W2的方法呢？
莫要惊慌，小学水彩画的时候，小猛已经知道，只要有了红（RED）绿（GREEN）蓝（BLUE）三原色，就能调配出世间的千万种颜色。
这里可以引入色彩的数字化数组，RGB数组来表示颜色。对于一个颜色，只要告诉计算机有多红，有多绿，有多蓝，然后计算机自动为我们合成这个颜色。
比如，黑色，就是[255,255,255]，白色，就是[0,0,0]等等
全部颜色的组合有255x255x255种=16581375种。
好在小猛学过美术，知道红色和橘黄色，差别仅在绿色和蓝色上，即G通道和B通道上，这样只要训练255x255=65025次，就能得到W2了！
小猛不禁感慨，看来这搞DeepLearning，还得懂美术不成？！！！

引入了颜色这一维度之后，新产品很好的完成了橘子、西红柿、樱桃的识别！ 小猛升值加薪，迎娶了白富美，走上了人生巅峰！

嗯嗯，当然这是不可能的！结果是：产品上市之后出现重大问题，原因是，果农发明了一个新品种的橘子——红橘，这种橘子比西红柿还红！

怎么办？小猛想到的方法是增加维度！再加一个光泽维度，可是这个光泽维度如何用数字化表示呢？

颜色维度下，用一个RGB数组可以表示，光泽维度，涉及到的不是一个点的颜色，而是一个面的颜色变化率，需要引入的是一个RGB矩阵，矩阵的每一个

元素是一个RGB数组，那么我们要训练光泽这个维度，需要的训练数是……是一个很大的数，再结合尺寸维度，色彩维度，训练量是一个天文数字。
这将会比宇宙中的原子数还要多。

更要命的是，某一天，一种名为樱桃西红柿的物品上市了，之前的训练似乎还要重新再来一次……

小猛迷茫了，与其我用计算机识别，我还不如肉眼识别来得更快些！

不如肉眼识别？等等，人大脑的计算速度和计算机是没法比的，为什么人脑能够拟合出各种识别物体的参数和特征？

小猛苦思冥想，越想越乱，越想越烦，归根到底，其实小猛的问题归结成了两个：

1，特征究竟如何取是最合理的——要识别的物体成千上万，如何划分特征最合理？

2，每一个特征维度下参数如何拟合？如果直接一个一个去尝试，计算量是一个天文数字。

小猛无奈之下求助了海归博士Dr. Hao来解决手头的难题，Dr.Hao留给小猛三个字母：CNN

小猛百度了一下，CNN的意思是Convolutional Neural Network，能够完美的解决了小猛的两个问题。

小猛欣喜若狂，着手开始研究。首先，小猛偷偷查了一下Convolutional的含义——卷积。

Oh shit~小猛看到卷积就想起了各种复杂的公式，顿时皱起了眉头。然后偷偷查了查，其实还有很多其他的算法可以解决这两个问题，

于是小猛问Dr. Hao，为什么推荐我CNN？

Dr.Hao告诉他，如果用CNN，你只需要解决第二个问题，第一个问题会自动消失！

小猛：但是CNN目测涉及到卷积，一听就感觉好难！

Dr.Hao：少林寺的72绝技，每一个都很难，一般人一辈子的时间去研习，也就精通2-3个绝技，但是你知道鸠摩智为什么能全部精通吗？

小猛：因为鸠摩智是用小无相功的内力去学习的72绝技！

Dr.Hao：因为鸠摩智用的是Python！！！

（未完待续……）

作者|白韬