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1 | [Description] Convolutional Neural Network (CNN) - specialized architecture for image processing using local connectivity and weight sharing. | |||||||||||||||||||||||||
2 | CNN Forward Propagation with Zero Padding | |||||||||||||||||||||||||
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4 | RGB(0-255) → Normalize → Standardize → ZeroPad → Conv2D → ReLU → MaxPool → FC → Sigmoid | |||||||||||||||||||||||||
5 | 6×6×3 → 6×6×3 → 6×6×3 → 8×8×3 → 6×6 → 6×6 → 3×3 → 1 → 1 | |||||||||||||||||||||||||
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7 | Zero Padding (p=1): Input preserved! 6×6 → 6×6 | |||||||||||||||||||||||||
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10 | Kernels | |||||||||||||||||||||||||
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12 | K_R | K_G | K_B | bias = 0.0 | ||||||||||||||||||||||
13 | 1 | 0 | -1 | 1 | 2 | 1 | 0 | -1 | 0 | |||||||||||||||||
14 | 2 | 0 | -2 | 0 | 0 | 0 | -1 | 4 | -1 | |||||||||||||||||
15 | 1 | 0 | -1 | -1 | -2 | -1 | 0 | -1 | 0 | |||||||||||||||||
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22 | Standardization (Z-score normalization) is critical for neural network training: | |||||||||||||||||||||||||
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24 | 1. Improves Training Stability: | |||||||||||||||||||||||||
25 | • Ensures all input features have similar scales (mean=0, std=1) | |||||||||||||||||||||||||
26 | • Prevents features with large values from dominating the learning process | |||||||||||||||||||||||||
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28 | 2. Prevents Gradient Vanishing/Exploding: | |||||||||||||||||||||||||
29 | • Large input values can cause very large or very small gradients | |||||||||||||||||||||||||
30 | • Standardization keeps gradients in a reasonable range | |||||||||||||||||||||||||
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32 | 3. Faster Convergence: | |||||||||||||||||||||||||
33 | • Optimizers (like SGD, Adam) work better with standardized inputs | |||||||||||||||||||||||||
34 | • Learning rate can be set more easily and consistently | |||||||||||||||||||||||||
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36 | 4. Better Weight Initialization: | |||||||||||||||||||||||||
37 | • Standard initialization techniques (Xavier, He) assume normalized inputs | |||||||||||||||||||||||||
38 | • Helps weights start in an optimal range | |||||||||||||||||||||||||
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40 | Formula: z = (x - mean) / std | |||||||||||||||||||||||||
41 | Result: Transformed data has mean ≈ 0 and standard deviation ≈ 1 | |||||||||||||||||||||||||
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