计算机科学 > 机器学习
[提交于 2021年8月31日
(v1)
,最后修订 2022年3月18日 (此版本, v2)]
标题: 从偏微分方程和变分方法设计旋转不变的神经网络
标题: Designing Rotationally Invariant Neural Networks from PDEs and Variational Methods
摘要: 偏微分方程(PDE)模型及其相关的变分能量公式通常在设计时具有旋转不变性。 这确保了输入的旋转会导致输出的相应旋转,这在图像分析等应用中是理想的。 卷积神经网络(CNN)不具有这一特性,现有的解决方法通常较为复杂。 我们论文的目标是研究扩散和变分模型如何实现旋转不变性,并将这些思想转移到神经网络中。 作为核心创新,我们提出了激活函数,这些函数通过结合多个方向滤波器的信息来耦合网络通道。 这保证了在网络的基本构建块内具有旋转不变性,同时仍允许方向滤波。 由此产生的神经架构本质上是旋转不变的。 仅使用少量小滤波器,它们就能实现与现有技术相同的效果,而现有技术需要对方向进行精细采样。 我们的发现有助于将扩散和变分模型转化为数学上合理的网络架构,并为基于模型的CNN设计提供新的概念。
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