什么是卷积神经网络（CNN），它们如何处理图像数据？

卷积神经网络（CNN）是专门的深度学习模型，主要用于处理网格状数据，如图像。其重要性在于能够直接从原始像素数据中自动学习分层空间特征，省去了手动特征工程的需要。CNN在计算机视觉任务中表现出色，如图像分类、目标检测和分割，这些任务中理解模式和空间关系至关重要。 CNN通过核心组件工作：卷积层、池化层和全连接层。卷积层将可学习的滤波器（内核）应用于整个输入图像，执行逐元素乘法和求和，生成突出特定局部模式（如边缘、纹理）的特征图。池化层（如最大池化）减小这些特征图的空间维度，提供平移不变性并降低计算成本。ReLU等激活函数引入非线性。这种从低级边缘到高级对象部分的分层处理，使CNN对图像数据极为有效。 为处理图像数据，CNN首先对图像进行预处理（如调整大小、归一化）。输入图像通过连续的卷积层和池化层。每个卷积层提取越来越复杂的特征，将输入转换为丰富的抽象表示。最后，全连接层使用这些高级特征执行特定任务，如分类（预测标签）。这种自动化的特征提取带来了巨大价值，使面部识别、医学图像分析和自动驾驶等现实应用实现了最先进的性能。