conv2d

paddle.static.nn. conv2d ( input, num_filters, filter_size, stride=1, padding=0, dilation=1, groups=None, param_attr=None, bias_attr=None, use_cudnn=True, act=None, name=None, data_format='NCHW' ) [源代码]

二维卷积层（convolution2D layer），根据输入、滤波器、步长（stride）、填充（padding）、膨胀比例（dilations）一组参数计算输出特征层大小。

输入和输出是 NCHW 或 NHWC 格式，其中 N 是批尺寸，C 是通道数，H 是特征高度，W 是特征宽度。滤波器是 MCHW 格式，M 是输出图像通道数，C 是输入图像通道数，H 是滤波器高度，W 是滤波器宽度。

如果组数(groups)大于 1，C 等于输入图像通道数除以组数的结果。详情请参考 UFLDL's : 卷积 。

如果 bias_attr 不为 False，卷积计算会添加偏置项。如果指定了激活函数类型，相应的激活函数会作用在最终结果上。

对每个输入 X，有等式：

\[Out = \sigma \left ( W * X + b \right )\]

其中：

  • \(X\)：输入值，NCHW 或 NHWC 格式的 4-D Tensor；

  • \(W\)：滤波器值，MCHW 格式的 4-D Tensor；

  • \(*\)：卷积操作；

  • \(b\)：偏置值，2-D Tensor，形状为 [M,1]；

  • \(\sigma\)：激活函数；

  • \(Out\)：输出值，NCHW 或 NHWC 格式的 4-D Tensor，和 X 的形状可能不同。

示例

  • 输入：

    输入形状：\(（N,C_{in},H_{in},W_{in}）\)

    滤波器形状：\(（C_{out},C_{in},H_{f},W_{f}）\)

  • 输出：

    输出形状：\(（N,C_{out},H_{out},W_{out}）\)

其中

\[ \begin{align}\begin{aligned}H_{out} &= \frac{\left ( H_{in} + padding\_height\_top + padding\_height\_bottom-\left ( dilation[0]*\left ( H_{f}-1 \right )+1 \right ) \right )}{stride[0]}+1\\W_{out} &= \frac{\left ( W_{in} + padding\_width\_left + padding\_width\_right -\left ( dilation[1]*\left ( W_{f}-1 \right )+1 \right ) \right )}{stride[1]}+1\end{aligned}\end{align} \]

如果 padding = "SAME":

\[H_{out} = \frac{(H_{in} + stride[0] - 1)}{stride[0]}\]
\[W_{out} = \frac{(W_{in} + stride[1] - 1)}{stride[1]}\]

如果 padding = "VALID":

\[ \begin{align}\begin{aligned}H_{out} = \frac{\left ( H_{in} -\left ( dilation[0]*\left ( H_{f}-1 \right )+1 \right ) \right )}{stride[0]}+1\\W_{out} = \frac{\left ( W_{in} -\left ( dilation[1]*\left ( W_{f}-1 \right )+1 \right ) \right )}{stride[1]}+1\end{aligned}\end{align} \]

参数

  • input (Tensor) - 形状为 \([N, C, H, W]\) 或 \([N, H, W, C]\) 的 4-D Tensor，N 是批尺寸，C 是通道数，H 是特征高度，W 是特征宽度，数据类型为 float16, float32 或 float64。

  • num_filters (int) - 滤波器（卷积核）的个数。和输出图像通道相同。

  • filter_size (int|list|tuple) - 滤波器大小。如果它是一个列表或元组，则必须包含两个整数值：（filter_size_height，filter_size_width）。若为一个整数，filter_size_height = filter_size_width = filter_size。

  • stride (int|list|tuple，可选) - 步长大小。滤波器和输入进行卷积计算时滑动的步长。如果它是一个列表或元组，则必须包含两个整型数：（stride_height,stride_width）。若为一个整数，stride_height = stride_width = stride。默认值：1。

  • padding (int|list|tuple|str，可选) - 填充大小。如果它是一个字符串，可以是"VALID"或者"SAME"，表示填充算法，计算细节可参考上述 padding = "SAME"或 padding = "VALID" 时的计算公式。如果它是一个元组或列表，它可以有 3 种格式：

    • (1)包含 4 个二元组：当 data_format 为"NCHW"时为 [[0,0], [0,0], [padding_height_top, padding_height_bottom], [padding_width_left, padding_width_right]]，当 data_format 为"NHWC"时为[[0,0], [padding_height_top, padding_height_bottom], [padding_width_left, padding_width_right], [0,0]]；

    • (2)包含 4 个整数值：[padding_height_top, padding_height_bottom, padding_width_left, padding_width_right]；

    • (3)包含 2 个整数值：[padding_height, padding_width]，此时 padding_height_top = padding_height_bottom = padding_height， padding_width_left = padding_width_right = padding_width。若为一个整数，padding_height = padding_width = padding。默认值：0。

  • dilation (int|list|tuple，可选) - 膨胀比例大小。空洞卷积时会使用该参数，滤波器对输入进行卷积时，感受野里每相邻两个特征点之间的空洞信息。如果膨胀比例为列表或元组，则必须包含两个整型数：（dilation_height,dilation_width）。若为一个整数，dilation_height = dilation_width = dilation。默认值：1。

  • groups (int，可选) - 二维卷积层的组数。根据 Alex Krizhevsky 的深度卷积神经网络（CNN）论文中的成组卷积：当 group=n，输入和滤波器分别根据通道数量平均分为 n 组，第一组滤波器和第一组输入进行卷积计算，第二组滤波器和第二组输入进行卷积计算，……，第 n 组滤波器和第 n 组输入进行卷积计算。默认值：1。

  • param_attr (ParamAttr，可选) - 指定权重参数属性的对象。默认值为 None，表示使用默认的权重参数属性。具体用法请参见 ParamAttr 。

  • bias_attr （ParamAttr|bool，可选）- 指定偏置参数属性的对象。若 bias_attr 为 bool 类型，只支持为 False，表示没有偏置参数。默认值为 None，表示使用默认的偏置参数属性。具体用法请参见 ParamAttr 。

  • use_cudnn （bool，可选）- 是否使用 cudnn 内核。只有已安装 cudnn 库时才有效。默认值：True。

  • act (str，可选) - 激活函数类型，如 tanh、softmax、sigmoid，relu 等，支持列表请参考 激活函数。如果设为 None，则未添加激活函数。默认值：None。

  • name (str，可选) - 具体用法请参见 Name，一般无需设置，默认值为 None。

  • data_format (str，可选) - 指定输入的数据格式，输出的数据格式将与输入保持一致，可以是"NCHW"和"NHWC"。N 是批尺寸，C 是通道数，H 是特征高度，W 是特征宽度。默认值："NCHW"。

返回

4-D Tensor，数据类型与 input 一致。如果未指定激活层，则返回卷积计算的结果，如果指定激活层，则返回卷积和激活计算之后的最终结果。

代码示例

import paddle
paddle.enable_static()

data = paddle.static.data(name='data', shape=[None, 3, 32, 32], dtype='float32')
conv2d = paddle.static.nn.conv2d(input=data, num_filters=2, filter_size=3, act="relu")
print(conv2d.shape) # [-1, 2, 30, 30]

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