3、池化与反池化

为了有效地减少计算量，CNN 使用的一个有效工具被称为 “池化 (Pooling)”。池化就是将输入图像进行缩小，减少像素信息，只保留重要信息。

3.1 三种池化操作

池化的定义比较简单，通常情况下，池化区域是 2*2 大小，然后按一定规则转换成相应的值，例如取这个池化区域内的最大值、平均值等，以这个值作为结果的像素值。池化最直观的作用便是降维，常见的池化有最大池化、平均池化和随机池化。池化层不需要训练参数。

• 最大池化（max-pooling）

  • 定义：即对局部的值取最大；

  • 作用：可以获取局部信息，可以更好保留纹理上的特征；

  • 使用：如果不用观察物体在图片中的具体位置，只关心其是否出现，则使用最大池化效果比较好。

• 平均池化（mean-pooling）

  • 定义：对局部的值取平均；

  • 作用：平均池化往往能保留整体数据的特征，能凸出背景的信息。

• 随机池化

  • 定义：根据概率对局部的值进行采样，采样结果便是池化结果；

  • 作用：随机池化中元素值大的被选中的概率也大，但不是像最大池化总是取最大值。随机池化一方面最大化地保证了Max值的取值，一方面又确保了不会完全是max值起作用，造成过度失真。除此之外，其可以在一定程度上避免过拟合。

概念非常容易理解，其示意图如下所示：

3.2 重叠池化

一般在CNN中使用的池化都是不重叠的，但是池化也可以重叠，重叠池化和卷积操作类似，可以定义步长等参数，其和卷积的不同在于：卷积操作将窗口元素和卷积核求内积，而池化操作求最大值/平均值等，窗口的滑动等原理完全相同。

3.3 反池化

池化操作中最常见的最大池化和平均池化，因此最常见的反池化操作有反最大池化和反平均池化，其示意图如下：

反最大池化需要记录池化时最大值的位置，反平均池化不需要此过程。