fullyConnectedLayer

완전 연결 계층

설명

완전 연결 계층은 입력값에 가중치 행렬을 곱한 다음 편향 벡터를 더합니다.

생성

구문

layer = fullyConnectedLayer(outputSize)

layer = fullyConnectedLayer(outputSize,Name,Value)

설명

layer = fullyConnectedLayer(outputSize)는 완전 연결 계층을 반환하고 OutputSize 속성을 지정합니다.

layer = fullyConnectedLayer(outputSize,Name,Value)는 이름-값 쌍을 사용하여 선택 사항인 파라미터 및 초기화, 학습률 및 정규화, Name 속성을 설정합니다. 예를 들어, fullyConnectedLayer(10,'Name','fc1')은 출력 크기가 10이고 이름이 'fc1'인 완전 연결 계층을 만듭니다. 여러 개의 이름-값 쌍을 지정할 수 있습니다. 각 속성 이름을 작은따옴표로 묶습니다.

속성

완전 연결

OutputSize — 출력 크기

양의 정수

완전 연결 계층의 출력 크기로, 양의 정수로 지정됩니다.

예: 10

InputSize — 입력 크기

'auto' (디폴트 값) | 양의 정수

완전 연결 계층의 입력 크기로, 양의 정수 또는 'auto'로 지정됩니다. InputSize가 'auto'이면 훈련 중에 입력 크기가 자동으로 결정됩니다.

파라미터 및 초기화

WeightsInitializer — 가중치를 초기화하는 함수

'glorot' (디폴트 값) | 'he' | 'orthogonal' | 'narrow-normal' | 'zeros' | 'ones' | 함수 핸들

가중치를 초기화하는 함수로, 다음 중 하나로 지정됩니다.

• 'glorot' – Glorot 이니셜라이저[1](Xavier 이니셜라이저라고도 함)를 사용하여 가중치를 초기화합니다. Glorot 이니셜라이저는 평균이 0이고 분산이 2/(InputSize + OutputSize)인 균등분포에서 독립적으로 샘플링합니다.

• 'he' – He 이니셜라이저[2]를 사용하여 가중치를 초기화합니다. He 이니셜라이저는 평균이 0이고 분산이 2/InputSize인 정규분포에서 샘플링합니다.

• 'orthogonal' – 단위 정규분포에서 샘플링된 확률 행렬 Z에 대한 Z = QR의 QR 분해로 주어지는 직교 행렬 Q를 사용하여 입력 가중치를 초기화합니다[3].

• 'narrow-normal' – 평균이 0이고 표준편차가 0.01인 정규분포에서 독립적으로 샘플링하여 가중치를 초기화합니다.

• 'zeros' – 가중치를 0으로 초기화합니다.

• 'ones' – 가중치를 1로 초기화합니다.

• 함수 핸들 – 사용자 지정 함수를 사용하여 가중치를 초기화합니다. 함수 핸들을 지정할 경우, 함수는 weights = func(sz) 형식이 되어야 합니다. 여기서 sz는 가중치의 크기입니다. 예제는 Specify Custom Weight Initialization Function 항목을 참조하십시오.

계층은 Weights 속성이 비어 있는 경우에만 가중치를 초기화합니다.

데이터형: char | string | function_handle

BiasInitializer — 편향을 초기화하는 함수

'zeros' (디폴트 값) | 'narrow-normal' | 'ones' | 함수 핸들

편향을 초기화하는 함수로, 다음 중 하나로 지정됩니다.

• 'zeros' — 편향을 0으로 초기화합니다.

• 'ones' — 편향을 1로 초기화합니다.

• 'narrow-normal' — 평균이 0이고 표준편차가 0.01인 정규분포에서 독립적으로 샘플링하여 편향을 초기화합니다.

• 함수 핸들 — 사용자 지정 함수를 사용하여 편향을 초기화합니다. 함수 핸들을 지정할 경우, 함수는 bias = func(sz) 형식이 되어야 합니다. 여기서 sz는 편향의 크기입니다.

계층은 Bias 속성이 비어 있는 경우에만 편향을 초기화합니다.

데이터형: char | string | function_handle

Weights — 계층 가중치

[] (디폴트 값) | 행렬

계층 가중치로, 행렬로 지정됩니다.

계층 가중치는 학습 가능한 파라미터입니다. 계층의 Weights 속성을 사용하여 가중치에 대한 초기값을 직접 지정할 수 있습니다. 신경망을 훈련시킬 때 계층의 Weights 속성이 비어 있지 않으면 trainNetwork는 Weights 속성을 초기값으로 사용합니다. Weights 속성이 비어 있으면 trainNetwork는 계층의 WeightsInitializer 속성으로 지정된 이니셜라이저를 사용합니다.

훈련 시점에 Weights는 OutputSize×InputSize 행렬입니다.

데이터형: single | double

Bias — 계층 편향

[] (디폴트 값) | 행렬

계층 편향으로, 행렬로 지정됩니다.

계층 편향은 학습 가능한 파라미터입니다. 신경망을 훈련시킬 때 Bias가 비어 있지 않으면 trainNetwork는 Bias 속성을 초기값으로 사용합니다. Bias가 비어 있으면 trainNetwork는 BiasInitializer로 지정된 이니셜라이저를 사용합니다.

훈련 시점에 Bias는 OutputSize×1 행렬입니다.

데이터형: single | double

학습률 및 정규화

WeightLearnRateFactor — 가중치에 대한 학습률 인자

1 (디폴트 값) | 음이 아닌 스칼라

가중치에 대한 학습률 인자로, 음이 아닌 스칼라로 지정됩니다.

이 인자에 전역 학습률을 곱하여 이 계층의 가중치에 대한 학습률이 결정됩니다. 예를 들어, WeightLearnRateFactor가 2인 경우, 이 계층의 가중치에 대한 학습률은 현재 전역 학습률의 2배입니다. trainingOptions 함수를 사용하여 지정한 설정을 기반으로 전역 학습률이 결정됩니다.

데이터형: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64

BiasLearnRateFactor — 편향에 대한 학습률 인자

1 (디폴트 값) | 음이 아닌 스칼라

편향에 대한 학습률 인자로, 음이 아닌 스칼라로 지정됩니다.

이 인자에 전역 학습률을 곱하여 이 계층의 편향에 대한 학습률이 결정됩니다. 예를 들어, BiasLearnRateFactor가 2인 경우, 이 계층의 편향에 대한 학습률은 현재 전역 학습률의 2배입니다. trainingOptions 함수를 사용하여 지정한 설정을 기반으로 전역 학습률이 결정됩니다.

데이터형: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64

WeightL2Factor — 가중치에 대한 L₂ 정규화 인자

1 (디폴트 값) | 음이 아닌 스칼라

가중치에 대한 L₂ 정규화 인자로, 음이 아닌 스칼라로 지정됩니다.

이 인자에 전역 L₂ 정규화 인자를 곱하여 이 계층의 가중치에 대한 L₂ 정규화가 결정됩니다. 예를 들어, WeightL2Factor가 2인 경우, 이 계층의 가중치에 대한 L₂ 정규화는 전역 L₂ 정규화 인자의 2배입니다. 전역 L₂ 정규화 인자는 trainingOptions 함수를 사용하여 지정할 수 있습니다.

데이터형: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64

BiasL2Factor — 편향에 대한 L₂ 정규화 인자

0 (디폴트 값) | 음이 아닌 스칼라

편향에 대한 L₂ 정규화 인자로, 음이 아닌 스칼라로 지정됩니다.

이 인자에 전역 L₂ 정규화 인자를 곱하여 이 계층의 편향에 대한 L₂ 정규화가 결정됩니다. 예를 들어, BiasL2Factor가 2인 경우, 이 계층의 편향에 대한 L₂ 정규화는 전역 L₂ 정규화 인자의 2배입니다. 전역 L₂ 정규화 인자는 trainingOptions 함수를 사용하여 지정할 수 있습니다.

데이터형: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64

계층

Name — 계층 이름

'' (디폴트 값) | 문자형 벡터 | string형 스칼라

계층 이름으로, 문자형 벡터 또는 string형 스칼라로 지정됩니다. Layer 배열 입력값에 대해 trainNetwork, assembleNetwork, layerGraph, dlnetwork 함수는 이름이 ''인 계층에 자동으로 이름을 할당합니다.

데이터형: char | string

NumInputs — 입력값의 개수

1 (디폴트 값)

이 속성은 읽기 전용입니다.

계층의 입력값 개수. 이 계층은 단일 입력값만 받습니다.

데이터형: double

InputNames — 입력값 이름

{'in'} (디폴트 값)

이 속성은 읽기 전용입니다.

계층의 입력값 이름. 이 계층은 단일 입력값만 받습니다.

데이터형: cell

NumOutputs — 출력값 개수

1 (디폴트 값)

이 속성은 읽기 전용입니다.

계층의 출력값 개수. 이 계층은 단일 출력값만 가집니다.

데이터형: double

OutputNames — 출력값 이름

{'out'} (디폴트 값)

이 속성은 읽기 전용입니다.

계층의 출력값 이름. 이 계층은 단일 출력값만 가집니다.

데이터형: cell

예제

완전 연결 계층 만들기

출력 크기가 10이고 이름이 'fc1'인 완전 연결 계층을 만듭니다.

layer = fullyConnectedLayer(10,'Name','fc1')

layer = 
  FullyConnectedLayer with properties:

          Name: 'fc1'

   Hyperparameters
     InputSize: 'auto'
    OutputSize: 10

   Learnable Parameters
       Weights: []
          Bias: []

  Show all properties

Layer 배열에 완전 연결 계층을 포함시킵니다.

layers = [ ...
    imageInputLayer([28 28 1])
    convolution2dLayer(5,20)
    reluLayer
    maxPooling2dLayer(2,'Stride',2)
    fullyConnectedLayer(10)
    softmaxLayer
    classificationLayer]

layers = 
  7x1 Layer array with layers:

     1   ''   Image Input             28x28x1 images with 'zerocenter' normalization
     2   ''   2-D Convolution         20 5x5 convolutions with stride [1  1] and padding [0  0  0  0]
     3   ''   ReLU                    ReLU
     4   ''   2-D Max Pooling         2x2 max pooling with stride [2  2] and padding [0  0  0  0]
     5   ''   Fully Connected         10 fully connected layer
     6   ''   Softmax                 softmax
     7   ''   Classification Output   crossentropyex

완전 연결 계층에 초기 가중치와 편향 지정하기

가중치 이니셜라이저 함수와 편향 이니셜라이저 함수를 지정하려면 각각 WeightsInitializer 속성과 BiasInitializer 속성을 사용하십시오. 가중치와 편향을 직접 지정하려면 각각 Weights 속성과 Bias 속성을 사용하십시오.

초기화 함수 지정하기

출력 크기가 10인 완전 연결 계층을 만들고 가중치 이니셜라이저를 He 이니셜라이저로 지정합니다.

outputSize = 10;
layer = fullyConnectedLayer(outputSize,'WeightsInitializer','he')

layer = 
  FullyConnectedLayer with properties:

          Name: ''

   Hyperparameters
     InputSize: 'auto'
    OutputSize: 10

   Learnable Parameters
       Weights: []
          Bias: []

  Show all properties

Weights 속성과 Bias 속성은 비어 있는 것을 볼 수 있습니다. 이러한 속성은 지정된 초기화 함수를 사용하여 훈련 시점에 초기화됩니다.

사용자 지정 초기화 함수 지정하기

가중치와 편향에 대해 자신만의 고유한 초기화 함수를 지정하려면 WeightsInitializer 속성과 BiasInitializer 속성을 함수 핸들로 설정하십시오. 이러한 속성에 대해, 가중치와 편향의 크기를 입력값으로 받고 초기화된 값을 출력하는 함수 핸들을 지정합니다.

출력 크기가 10인 완전 연결 계층을 만들고, 표준편차가 0.0001인 가우스 분포에서 가중치와 편향을 샘플링하는 이니셜라이저를 지정합니다.

outputSize = 10;
weightsInitializationFcn = @(sz) rand(sz) * 0.0001;
biasInitializationFcn = @(sz) rand(sz) * 0.0001;

layer = fullyConnectedLayer(outputSize, ...
    'WeightsInitializer',@(sz) rand(sz) * 0.0001, ...
    'BiasInitializer',@(sz) rand(sz) * 0.0001)

layer = 
  FullyConnectedLayer with properties:

          Name: ''

   Hyperparameters
     InputSize: 'auto'
    OutputSize: 10

   Learnable Parameters
       Weights: []
          Bias: []

  Show all properties

이번에도 Weights 속성과 Bias 속성은 비어 있습니다. 이러한 속성은 지정된 초기화 함수를 사용하여 훈련 시점에 초기화됩니다.

가중치와 편향을 직접 지정하기

출력 크기가 10인 완전 연결 계층을 만들고, MAT 파일 FCWeights.mat에서 가중치와 편향을 각각 W와 b로 설정합니다.

outputSize = 10;
load FCWeights

layer = fullyConnectedLayer(outputSize, ...
    'Weights',W, ...
    'Bias',b)

layer = 
  FullyConnectedLayer with properties:

          Name: ''

   Hyperparameters
     InputSize: 720
    OutputSize: 10

   Learnable Parameters
       Weights: [10x720 double]
          Bias: [10x1 double]

  Show all properties

여기서는 Weights 속성과 Bias 속성에 지정된 값이 포함되어 있습니다. 이러한 속성이 비어 있지 않으면 지정된 값이 훈련 시점에 초기 가중치 및 편향으로 사용됩니다. 이 경우 소프트웨어가 이니셜라이저 함수를 사용하지 않습니다.

알고리즘

완전 연결 계층

완전 연결 계층은 입력값에 가중치 행렬을 곱한 다음 편향 벡터를 더합니다.

컨벌루션 계층과 다운샘플링 계층 뒤에는 하나 이상의 완전 연결 계층이 옵니다.

이름에서 알 수 있듯이 완전 연결 계층의 모든 뉴런은 직전 계층의 모든 뉴런에 연결됩니다. 이 계층은 이전 계층이 영상에서 학습한 특징(국소 정보)들을 조합하여 보다 큰 패턴을 식별합니다. 분류 문제의 경우, 마지막 완전 연결 계층은 특징들을 조합하여 영상을 분류합니다. 이러한 동작으로 인해 신경망의 마지막 완전 연결 계층의 outputSize 인수가 데이터 세트의 클래스 개수와 같게 됩니다. 회귀 문제의 경우, 출력 크기는 응답 변수의 개수와 같아야 합니다.

완전 연결 계층을 만들 때 관련 이름-값 쌍 인수를 사용하여 계층의 학습률과 정규화 파라미터를 조정할 수도 있습니다. 이러한 파라미터를 조정하지 않은 경우, trainNetwork는 trainingOptions 함수로 정의된 전역 훈련 파라미터를 사용합니다. 전역 및 계층 훈련 옵션에 대한 자세한 내용은 파라미터를 설정하고 컨벌루션 신경망 훈련시키기 항목을 참조하십시오.

완전 연결 계층은 입력값에 가중치 행렬 W를 곱한 다음 편향 벡터 b를 더합니다.

계층의 입력값이 시퀀스인 경우(예: LSTM 신경망), 완전 연결 계층은 각 시간 스텝에서 독립적으로 동작합니다. 예를 들어, 완전 연결 계층의 직전 계층이 크기가 D×N×S인 배열 X를 출력하는 경우, 완전 연결 계층은 크기가 outputSize×N×S인 배열 Z를 출력합니다. 시간 스텝 t에서 Z의 대응되는 요소는 $$W{X}_t+b$$입니다. 여기서 $$X_t$$는 X의 시간 스텝 t를 나타냅니다.

완전 연결 계층이 출력값을 평탄화합니다. 이 계층은 공간 데이터가 채널 차원에서 인코딩되도록 배열의 형태를 변경합니다.

시퀀스 입력의 경우, 계층은 입력의 각 시간 스텝에 대해 독립적으로 완전 연결 연산을 적용합니다.

계층 입력 형식 및 출력 형식

계층 배열 또는 계층 그래프의 계층은 뒤에 오는 계층에 데이터를 전달할 때 형식이 지정된 dlarray 객체로 전달합니다. dlarray 객체의 형식은 문자들로 구성된 문자열로, 각 문자는 데이터의 대응되는 차원을 설명합니다. 형식은 다음 문자 중 하나 이상으로 구성됩니다.

• "S" — 공간

• "C" — 채널

• "B" — 배치

• "T" — 시간

• "U" — 지정되지 않음

4차원 배열로 표현된 2차원 영상 데이터를 예로 들면 처음 2개 차원은 영상의 공간 차원, 3번째 차원은 영상의 채널, 4번째 차원은 배치 차원에 대응되며, "SSCB"(공간, 공간, 채널, 배치) 형식으로 설명될 수 있습니다.

functionLayer 객체를 사용하여 사용자 지정 계층을 개발하거나, dlnetwork 객체에 forward 및 predict 함수를 사용할 때와 같은 자동 미분 워크플로에서 이러한 dlarray 객체와 상호 작용할 수 있습니다.

이 표는 FullyConnectedLayer 객체의 지원되는 입력 형식과 그에 대응되는 출력 형식을 보여줍니다. 계층의 출력이 nnet.layer.Formattable 클래스를 상속하지 않는 사용자 지정 계층에 전달되거나 Formattable 옵션을 false로 설정한 FunctionLayer 객체에 전달될 경우 이 계층은 이 표에서 설명하는 형식에 대응하는 순서의 차원을 갖는, 형식이 지정되지 않은 dlarray 객체를 수신합니다.

입력 형식	출력 형식
"CB"(채널, 배치)	"CB"(채널, 배치)
"SCB"(공간, 채널, 배치)	"CB"(채널, 배치)
"SSCB"(공간, 공간, 채널, 배치)	"CB"(채널, 배치)
"SSSCB"(공간, 공간, 공간, 채널, 배치)	"CB"(채널, 배치)
"CBT"(채널, 배치, 시간)	"CBT"(채널, 배치, 시간)

dlnetwork 객체에서 FullyConnectedLayer 객체는 다음 입력 형식과 출력 형식의 결합도 지원합니다.

입력 형식	출력 형식
"SCBT"(공간, 채널, 배치)	"CBT"(채널, 배치, 시간)
"SSCBT"(공간, 공간, 채널, 배치, 시간)	"CBT"(채널, 배치, 시간)
"SSSCBT"(공간, 공간, 공간, 채널, 배치, 시간)	"CBT"(채널, 배치, 시간)

trainNetwork 워크플로에서 이러한 입력 형식을 사용하려면 먼저 flattenLayer를 사용하여 데이터를 "CBT"(채널, 배치, 시간) 형식으로 변환하십시오.

참고 문헌

[1] Glorot, Xavier, and Yoshua Bengio. "Understanding the Difficulty of Training Deep Feedforward Neural Networks." In Proceedings of the Thirteenth International Conference on Artificial Intelligence and Statistics, 249–356. Sardinia, Italy: AISTATS, 2010.

[2] He, Kaiming, Xiangyu Zhang, Shaoqing Ren, and Jian Sun. "Delving Deep into Rectifiers: Surpassing Human-Level Performance on ImageNet Classification." In Proceedings of the 2015 IEEE International Conference on Computer Vision, 1026–1034. Washington, DC: IEEE Computer Vision Society, 2015.

[3] Saxe, Andrew M., James L. McClelland, and Surya Ganguli. "Exact solutions to the nonlinear dynamics of learning in deep linear neural networks." arXiv preprint arXiv:1312.6120 (2013).

확장 기능

C/C++ 코드 생성
MATLAB® Coder™를 사용하여 C 코드나 C++ 코드를 생성할 수 있습니다.

GPU 코드 생성
GPU Coder™를 사용하여 NVIDIA® GPU용 CUDA® 코드를 생성할 수 있습니다.

버전 내역

R2016a에 개발됨

R2019a: 디폴트 가중치 초기화는 Glorot

R2019a부터, 기본적으로 이 계층의 계층 가중치는 Glorot 이니셜라이저를 사용하여 초기화됩니다. 이 동작은 훈련을 안정화하는 데 도움이 되며, 일반적으로 심층 신경망의 훈련 시간을 줄여 줍니다.

이전 릴리스에서는 기본적으로 계층 가중치가 평균이 0이고 분산이 0.01인 정규분포에서 샘플링하여 초기화되었습니다. 이 동작을 재현하려면 계층의 'WeightsInitializer' 옵션을 'narrow-normal'로 설정하십시오.

참고 항목

trainNetwork | convolution2dLayer | reluLayer | batchNormalizationLayer | 심층 신경망 디자이너

도움말 항목

• 간단한 분류용 딥러닝 신경망 만들기
• 회귀를 위해 컨벌루션 신경망 훈련시키기
• MATLAB의 딥러닝
• 컨벌루션 신경망의 계층 지정하기
• Compare Layer Weight Initializers
• 딥러닝 계층 목록

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