SPNs结构学习及其在图像分类中的应用研究

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和积网络(Sum-Product Networks,SPNs)是一种深度学习结构,具有多层神经网络和概率图形模型的双重含义,有利于进行精确且快速的概率推理.近年来,SPNs结构已被广泛应用于图像复原、行为识别、语音识别以及故障定位等多个研究领域,备受研究人员的关注.本文旨在研究SPNs的结构学习算法,并将其应用于花朵图像分类中.具体研究工作如下:  首先,本文分析了SPNs结构的基本原理和性质,研究了不同结构学习算法的训练及推理过程.在此基础上,提出了一种新的SLSPN结构学习算法.该算法摒弃建立初始SPN结构的思想,直接从数据集出发,对变量集和实例集进行循环划分.考虑到结构的特性以及数据集的特点,SLSPN算法在划分过程中分别采用了平方相关度量和谱聚类方法,限制了算法的结束条件并对划分的顺序进行了适当调整.进一步地,利用19组高维数据集进行实验,通过与其他两个算法的实验结果对比,表明该算法在似然评分和运行时间上具有一定的优势.  其次,论文研究了利用SPNs结构作为分类器对花朵图像分类的方法.由于拍摄到的图像易受杂乱背景、遮挡、同类目标个体形态差异及拍摄角度等因素的影响,因此,对图像提取一定量的像素小块,并对其进行零均值、单位方差以及白化等一些处理,进而使用PCA聚类算法以及池化操作对特征进行降维,提取到有效的特征向量.将这些特征向量作为SPNs结构学习算法的输入,训练得到分类器.通过Oxford17Flower和Oxford102Flower两个数据集的仿真实验,结果表明该方法在解决花朵图像分类任务中具有较好的分类性能.  最后,通过对论文工作进行总结,表明SPNs结构是解决图像分类任务的一种有效工具,并且具有快速而精确的概率推理机制.
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