矩阵卷积运算过程讲解「建议收藏」

矩阵卷积运算过程讲解「建议收藏」在爬虫处理验证码的过程中接触到矩阵卷积运算,关于该类运算,记录一下自己的心得。理论知识在讲述卷积过程前,我们来了解一下卷积公式。根据离散二维卷积公式:其中A为被卷积矩阵,K为卷积核,B为卷积结果,该公式中,三个矩阵的排序均从0开始。现在对于上面卷积过程进行分析:我们用来做例子的A矩阵为m×m(3×3)二维矩阵(被卷积矩阵),K为n×n(2×2)的二维矩阵(卷积核)。卷……

大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。如果您正在找激活码,请点击查看最新教程,关注关注公众号 “全栈程序员社区” 获取激活教程,可能之前旧版本教程已经失效.最新Idea2022.1教程亲测有效,一键激活。

Jetbrains全家桶1年46,售后保障稳定

写了那么久的博客,始于Python爬虫,目前专于Java学习,终于有了属于自己的小窝,欢迎各位访问我的个人网站,未来我们一起交流进步。

在爬虫处理验证码的过程中接触到矩阵卷积运算,关于该类运算,记录一下自己的心得。

理论知识

在讲述卷积过程前,我们来了解一下卷积公式。根据离散二维卷积公式:
在这里插入图片描述
其中A为被卷积矩阵,K为卷积核,B为卷积结果,该公式中,三个矩阵的排序均从0开始。

现在对于上面卷积过程进行分析:我们用来做例子的 A 矩阵为 m×m(3×3)二维矩阵(被卷积矩阵),K 为 n×n(2×2)的二维矩阵(卷积核)。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  1. 卷积核 K 矩阵翻转 180°,得到:
    在这里插入图片描述

  2. 被卷积矩阵扩展到(m+n)×(m+n)大小,将扩展部分用 0 代替,将卷积核 K 从左上角顺序地行移动,再换行,继续,直到抵达右下角。将对应元素相乘后相加。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  1. 依次类推,剔除为 0 的元素,5×5 矩阵结果为 4×4 矩阵,卷积计算结束。
    在这里插入图片描述

实际应用

关于卷积计算,在 Python 中存在于 scipy 的 signal 模块,这里需要介绍一下 scipy.signal.convolve2d 函数。

scipy.signal.convolve2d(in1,in2,mode ='full',boundary ='fill',fillvalue = 0 )

Jetbrains全家桶1年46,售后保障稳定

  • in1 : array_like 被卷积矩阵
  • in2 : array_like 卷积核
  • mode : str {‘full’, ‘valid’, ‘same’}, 可选 。其中 full 表示输出是输入的完全离散线性卷积(默认);valid 表示输出仅包含那些不依赖于零填充的元素。在“有效”模式下,in1 或 in2 必须至少与每个维度中的另一个一样大。same 表示输出与 in1 的大小相同,以“完整”输出为中心。
  • boundary : str {‘fill’,‘wrap’,‘symm’},可选,指示如何处理边界的标志。fill 表示使用 fillvalue 填充输入数组(默认);wrap 表示圆形边界条件;symm 表示对称的边界条件。
  • fillvalue : 标量,可选。填充 pad 输入数组的值。默认值为 0。
from scipy import signal
import numpy as np

x = np.array([[1, 2],
              [3, 4]])

b = []
a = []
for i in range(1,10):
    if i%3 == 0:
        a.append(i)
        b.append(a)
        a = []
        continue
    else:
        a.append(i)
print(np.array(b))

h = np.array(b)

print(signal.convolve2d(h, x, mode='same'))
print(signal.convolve2d(h, x, mode='full'))
print(signal.convolve2d(h, x, mode='valid'))

输出结果为:

[[ 1  4  7]
 [ 7 23 33]
 [19 53 63]]
[[ 1  4  7  6]
 [ 7 23 33 24]
 [19 53 63 42]
 [21 52 59 36]]
[[23 33]
 [53 63]]

结合程序与图片分析,被卷积矩阵(m×m)和卷积核(n×n)做卷积运算时,当 scipy.signal.convolve2d 函数中 mode 参数值为 full(默认值)时,得到是完全卷积结果;当 mode 参数值为 valid 时,输出计算过程中没有扩充的 0 参与计算的值;当 mode 参数值为 same 时,输出与被卷积矩阵大小相同的矩阵,按照我的理解是,当卷积结果矩阵的大小(m+n -1)为偶数时,same 输出的矩阵从左上角按照 m 大小截取。当卷积结果矩阵的大小(m+n -1)为奇数时,same 输出的矩阵从正中间截取大小为 m d的矩阵。
在这里插入图片描述

注意:假如被卷积矩阵(3×3)和卷积核(3×3)做卷积运算时,6×6 矩阵扩充时,扩充结果如下:

在这里插入图片描述

版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至 举报,一经查实,本站将立刻删除。

发布者:全栈程序员-用户IM,转载请注明出处:https://javaforall.cn/223454.html原文链接:https://javaforall.cn

【正版授权,激活自己账号】: Jetbrains全家桶Ide使用,1年售后保障,每天仅需1毛

【官方授权 正版激活】: 官方授权 正版激活 支持Jetbrains家族下所有IDE 使用个人JB账号...

(1)


相关推荐

  • HDU 2544 最短路 SPFA 邻接表 模板

    HDU 2544 最短路 SPFA 邻接表 模板

    2021年12月15日
  • Json的FastJson与Jackson

    Json的FastJson与JacksonJson的FastJson与Jackson

  • 黑盒测试的优缺点_黑盒测试的概念

    黑盒测试的优缺点_黑盒测试的概念黑盒测试概念:又称功能测试或数据驱动测试,是用来检测每个功能是否正常使用。黑盒测试主要意味着测试要在软件的接口处进行,这种测试方法是将测试对象看成一个盒子,测试人员不考虑内部,直接按照需求规则说明书,直接检查他的功能是否符合要求。如上图所示,将系统看成黒盒,内部如何实现是不需要了解的,只需要知道输入和预期输出。黑盒的优缺点介绍:黑盒测试的优点有:1.不需要了解程序内部的代码及实现,操作…

  • 桟和队列–约瑟夫问题

    桟和队列–约瑟夫问题

  • VBA数组的排序_vba函数返回值 数组

    VBA数组的排序_vba函数返回值 数组我们平时用的表格排序,只相对来说是在在表格中的升序降序。今天就好奇如果系统中实现排序他是怎么实现的呢。经过一番折腾查找,真是一看吓一跳,真是感觉蚂蚁看大象,发现排序分为:今天仅整理了最简单的两种排序。。。先来看下定义和实现的方法吧。选择排序(Selectionsort)是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是:第一次从待排序的数据元素中选出最小(或最大)的一个元素,存放在序列的起始位置,然后再从剩余的未排序元素中寻找到最小(大)元素,然后放到已排序的序列的末尾。以此类推,直到全部待排序的数据

  • 几种tree命令的简单安装方法

    几种tree命令的简单安装方法Linux基础tree命令的安装tree命令以树状图列出文件目录结构。不过某些Linux上(Centos6)没有tree命令,本文将介绍安装方法。一、利用镜像安装安装tree命令步骤1.查看系统版本:cat/etc/issue//查看发行版本2.将对应镜像放入光驱,3.挂载镜像文件mount/dev/cd

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。

关注全栈程序员社区公众号