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1.LeNet的原始实验数据集MNIST
名称：MNIST手写数字数据集
数据类型：灰度图 （一通道）
图像大小：28*28
类别数：10类（数字0-9）
1.通过torchvision.datasets.MNIST下载并保存到本地为JPEG图片：
下载数据集并保存图片形式（download_mnist.py）
库：sys,os,tqdm
图片命名的格式为：子数据集名_在子数据集中的编号_真实值标签。
图片大小：28*28
2.使用gzip解析MNIST数据集文件parse_mnist.py
MNIST的图片和标签均通过二进制文件进行保存（.gz），无法直接在Windows中查看手写数字的图片和标签，通过gzip解压,转换为numpy数组。
将标签数据转换为one-hot编码:将每个标签转换为一个向量，其中该标签对应的索引位置为 1，其他位置为 0。
one-hot编码
将类别标签转化为一个 长度为类别数的二进制向量，每个类别的位置对应为 1，其它位置为 0。
one-hot编码
将类别标签转化为一个 长度为类别数的二进制向量，每个类别的位置对应为 1，其它位置为 0。
- 数字 0 →
[1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]- 数字 1 →
[0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]- 数字 2 →
[0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
3、预处理数据集(prepare_data.py)
调用parse_mnist函数对原始的mnist数据进行解析，创建数据加载器train_loader
- 归一化：将加载的图像数据除以 255.0，将图像的像素值从 [0, 255] 范围缩放到 [0, 1]。
- 转换为 Tensor：将NumPy 数组转换为 PyTorch 的 Tensor 。
- 重塑图像：将图像数据从 28x28 的二维数组重塑为符合神经网络输入要求的形状 (-1, 1, 28, 28)。
- 创建数据集和数据加载器：
train_dataset = TensorDataset(train_image, train_label)
#TensorDataset：数据集类，将图像和标签数据封装成一个数据集
train_loader=(train_dataset,batch_size=64,shuffle=True)
#DataLoader：数据加载器类，数据集分成小批次，shuffle=True可打乱
2.LeNet神经网络模型
公式
1.N = (W-F+2P)/S+1
卷积后尺寸=（输入-卷积核+加边像素数）/步长 +1
用于计算卷积层/池化层输出的尺寸，参数含义：
N：输出特征图的大小
W：输入特征图的大小
F：卷积核的大小（5*5）
P：填充（padding）的大小，表示在输入的边缘填充多少像素
S: 步长（stride），卷积核每次滑动的步幅
2.输出通道数 = 卷积核组数量
输入通道数=上一层的输出通道数
卷积层通道数逐渐增加
3.输出图像尺度计算
N = (W-F+2P)/S+1
- 第一层：C1卷积层
输入：28*28*1
参数：self.c1 = nn.Conv2d(in_channels=1, out_channels=6, kernel_size=5, padding=2,stride=1)
输出：28*28*6(padding=2宽高不变，通道数为6)
- 第二层：S2池化层（使图像尺寸减半）
输入：28*28*6
参数：self.s2 = nn.AvgPool2d(kernel_size=2, stride=2,padding=0)
池化核大小默认等于步长，使输出大小是输入大小的一半
输出：14*14*6
- 第三层：C3卷积层
输入：14*14*6
参数：self.c3 = nn.Conv2d(in_channels=6, out_channels=16, kernel_size=5,padding=0,stride=1)
输出：10*10*16
- 第四层：S4池化层
输入：10*10*16
参数：self.s4 = nn.AvgPool2d(kernel_size=2, stride=2)
输出：5*5*16
- 第五层：C5卷积层
输入：5*5*16
参数self.c5 = nn.Conv2：d(in_channels=16, out_channels=120, kernel_size=5,padding=0,stride=1)
输出：1*1*120
概念
卷积层
卷积核：二维数组
主要功能：对输入数据进行特征提取，卷积操作实质上是把卷积核当滤波器在图像上特征提取。
卷积步骤：
- 卷积窗口从输入数组的最左上方，从左往右、从上到下，依次在输入数组上滑动。
- 窗口中的输入子数组与卷积核按元素相乘并求和，得到输出数组中相应位置的元素。
池化层
基本操作：缩小图片，保留重要特征。不会裁剪删除内容。
池化步骤：
- 池化层对输入数据的局部区域（池化窗口）计算输出，取最大值或平均值，最终降低特征图的尺寸。
最大池化Max Pooling
取局部区域的最大值
作用：保留最明显的特征（边缘、纹理）
平均池化Avg Pooling
取局部区域的平均值
作用：反映特征的整体分布情况。
池化核大小Kernel_size
定义池化窗口的大小
步长stride
控制窗口移动的步长（默认等于池化核大小）
填充padding
在输入特征图的边缘补零：
保持输出大小不变（如 padding=1 可以保持尺寸）。
防止边缘信息丢失
激活函数（非线性函数）
（1）sigmoid函数
输出范围（0,1），适用于输出概率。sigmoid函数清晰地解释神经元激活水平：接近1，更高激活；接近0，较低激活。
应用场景：二分类问题
（2）ReLU激活函数
如果输入x是 正数，ReLU 输出 x本身。
如果输入x是 负数，ReLU 输出 0。
作用：
- 激活函数的作用是让网络学习非线性的特征
- 解决梯度消失问题：Sigmoid 和 Tanh 函数，输入值变的特别大或特别小时，激活函数的梯度接近0.
缺点：
死神经元问题：某些神经元输出 永远是 0 时（也就是当输入总是负数时）。这会导致这些神经元在训练过程中不再被更新
（3）tanh函数
输出范围：（-1,1）