deep learning CNN 几个疑问

cnn 几个值得考虑的问题：

1 对某一个学习模型的某层，使用多少个卷积核？

2 使用多大的卷积核（size 5*5, 8*8)？

3 卷积窗口步长多大？(size of stride)

Andrew Ng, " An analysis of single-layer networks in unsupervised feature learning" 讨论了模型参数的选择（白化预处理，卷积数目，卷积步长，卷积核大小）有可能比学习算法本身还重要。

这些参数有更本质数学的解释吗？

想法1: 提取图片特征向量

从有限元思想过来，首先想到的是建立空间基向量。图片可以由一组基特征的线性组合描述。自然图片很可能是非满秩的，也为了保证模型分类的质量，先建立超空间基向量。比如，对100000 张 512 ＊ 512的图片做特征向量提取。

512 * 512 的图片最多能提取 512 个 特征向量，这里假设只有100个特征向量； 而使用10，000张这样的图片，首先通过某算法升维到 100000 ＊ 100000 的空间，将得到 100 ＊ 100000 个向量，再对这个向量组做特征分析，可以得到描述该超空间的10000个特征（基）向量。－－> 稀疏性

这样每个图片都可以由这个超空间的基向量描述了。然而，这样并没有挖掘／学习到每张图片中的内容。而且因为这个超空间向量具有全连接性质，也就没办法挖掘每张图片中的局部特征。

％％ 特征向量，做归一化操作之后，好像已经完全失去了局部互信息。对于图像识别来说，已经没有意义了。而学习其实是要保留／强化局部互信息，所以数学上讲，不能做特征向量分解。

％％ 举个例子，就像研究蛋白质分子的空间结构与之功能，你不能把蛋白质分子打碎成24种特征氨基酸。 这样就失去了氨基酸之间联系的信息，而这是结构／功能产生的原因。类似的例子，研究人体的器官功能，不能把器官拆成一个个细胞研究，这样也失去了互信息。

％％ 所以图像识别的本质是发掘像素／底层数据之间的互信息。那么，什么数学操作能保留／强化局部互信息呢？－－> 卷积。

反过来想，假如一张 100000 ＊ 100000 的图片，用 512 ＊ 512 的patch 打碎， 每个patch 可能包含了一些有用的互信息。那么，使用100张这样的 100000 ＊ 100000的图片样本，统统使用 512 ＊ 512 的patch 打碎，大约产生了400， 0000个patch。

这400， 0000 个patch 很大可能上已经足够包含 “解空间的所有局部空间特征（互信息）”， 即解空间的“基向量”。 －－－> 注意，这里的“基向量”不再是线性代数意义上的基，而是描述 图像空间互信息的基。

当然，这400，0000个patch 只是解空间”基向量“的线性组合，而且很大可能有很高的冗余度。

卷积操作的过程，就是使用一个 512 ＊ 512 的卷积核 去 分别 点乘求和 这些patch。并使用pooling,增强／放大显著的互信息。

回到最初的三个问题:

LeNet5 模型使用了 6， 16，120个特征卷积（滤波器）， 每个卷积 5*5， 识别手写数字。

为什么呢？