在這篇博文中我們對tiny_cnn卷積神經網絡模型中的最後一個網絡結構方面的類——layers做簡要分析。
首先，layers通俗的講可以被稱為是層結構的vector，即層結構容器。由於卷積神經網絡是一個多層的網絡模型，因此有必要將網絡中各個層進行統一管理，這便引出了本篇博文中所要介紹的layers類。layers類是一個vector類型的變量，其中壓入的元素就是網絡中的各個層模型，這裡給出一個簡單的結構圖，一目了然：
從上圖中可以清晰的看到layers的vector結構，說白了就是一個層結構類的容器，彼此之間通過prev_（指向後一層）和next_（指向前一層）兩個指針相聯系。接下來開始著重分析layers的內部代碼結構。首先給出layers的結構示意圖：
同樣我們按照成員變量、成員函數的思路對這個類的結構和代碼進行解讀。
一、成員變量
layers有兩個成員變量，一個是vector容器變量，用來保存各個壓棧的層結構類；一個是input_layer類型變量，用來保存網絡模型中輸入層的結構信息：
這個有兩個問題需要強調：
（1）容器元素的類型。從上圖中可以看出，layers_容器中的基本元素類型是layer_base*類型，原因很明確，layer_base是卷積層、下采樣層、全連接層等層結構的公共基類，聲明成指針形式是為了方便使用前向指針和反向指針進行連接。
（2）輸入層的獨特性。這裡之所以將輸入層單獨拿出來作為一個成員變量，主要是考慮到在任何卷積神經網絡的網絡模型（無論是單層模型還是多層模型）中，輸入層都是必不可少的，並且都處於網絡模型的最前端。對於這個存在性和位置都已經確定的層成員，這裡選擇將其放在layers中進行默認添加構造，使得用戶在指定層結構模型時無需再一成不變的添加輸入層。
二、構造函數
layers類內提供了兩種功能的構造函數：
第一個構造函數用於構造單層網絡模型，即只有一個輸入層（first_是一個input_layer類型變量）；第二個構造函數用於按照指定的層類型來構造多層網絡模型，構造函數的實現機制主要通過add（）和construct（）兩個函數，有關這兩個函數的具體功能稍後介紹。
三、模型構造方法
layers在對網絡模型執行構造的過程中，主要依賴於add（）和construct（）這兩個構造方法，這裡稍作分析。
3.1 add（）函數
顧名思義，add（）函數的作用是將指定的層類型類添加到當前的layers結構體中，類似於vector中的壓棧操作（實際上也確實借用了push_back）：
add（）函數在執行過程中主要分為兩大部分，即建立連接關系和層結構壓棧。首先需要調用connect（）函數來建立待加入層（new_tail）與已有模型之間的關系。connect（）函數是定義在基類layer_base中的成員函數，目的就是建立網絡模型中前後兩層之間的指針聯系：
在connect函數中，首先針對前後層之間的連接關系進行判斷，在連接匹配的情況下，通過“next_ = tail”語句將當前層的下一層指定為tail（新加入的層），再通過“tail->prev_ = this”將新加入的層的前一層指定為當前層。從這種意義上將，connect（）的構造方式與指針隊列的構造方式很像。
繼續分析add（）函數。在通過connect函數建立新加入層與已有模型的最後一層之間的指針聯系之後，直接調用push_back將待加入的層結構類壓棧即可，完成新層的構造和存儲。
3.2construct（）函數
construct（）函數旨在完成多層模型的構造，包括建立連接和壓棧等等，其基本的工作原理就是循環調用add（）函數：
這裡同樣可以分為兩個過程。首先，向layers容器中加入輸入層first_，因為對於所有的模型，輸入層都是必不可少的，因此與其讓用戶在每次構建模型時都先在第一個位置寫上Input_layer，還不如將這一步放到構造函數內部來自動執行。接下來就循環調用add（）函數，將需要添加的層逐個的建連接、壓棧、建連接、壓棧。
四、權重操作
由於layers屬於對層結構類的再封裝，因此需要提供與各個網絡層共有功能相對應的接口，比如說權重操作。這裡的權重操作主要包括權重的初始化、重置以及權重更新等操作。這些操作函數一般都是只提供一個接口，具體實現過程中主要還是調用各個類內部的對應的功能函數，比如說權重的初始化和重置：
再比如說權重的更新update：
五、屬性返回
由於layers是用戶所能接觸到的最上層的層結構封裝，因此其有必要提供一些屬性返回的接口函數，供用戶查看網絡層的輸出以及權重核的具體情況等等，當然這裡的接口函數同樣作為一個橋梁式的存在，一方面連接用戶，一方面調用各個元素類的對應功能函數。除此之外還需要添加一些與整體層結構相關的屬性返回函數，來告訴用戶這個保存著layer_base的vector實際上有多少層，第一層是什麼，最後一層是什麼，怎麼訪問到指定層。
首先是如何訪問第一層和最後一層，這裡提供了兩個函數head（）和tail（），具體實現機制很簡單，相信大家一看就懂：
至於如何訪問指定層，tiny_cnn提供兩個手段，一是定義at函數，並通過dynamic_cast進行類型轉換：
另一種手段是重載“[]”運算發，類數組形式訪問
以上兩種訪問方式都是通過索引（index）來完成，比較方便。
OK，有關層結構容器layers類的源碼就先介紹到這裡，還有一些補丁式的小函數，也就一兩行代碼，功能明確，實現簡單，這裡就不再贅述了，還有三個月就研三了，要好好想想工作的事了，嘿嘿。
