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神經網路信號中間層特徵

發布時間:2022-05-24 15:37:02

如何表達深度學習中間層特徵表示

深度學習的概念源於人工神經網路的研究。含多隱層的多層感知器就是一種深度學習結構。深度學習通過組合低層特徵形成更加抽象的高層表示屬性類別或特徵,以發現數據的分布式特徵表示。1深度學習的概念由Hinton等人於2006年提出。基於深度置信網路(DBN)提出非監督貪心逐層訓練演算法,為解決深層結構相關的優化難題帶來希望,隨後提出多層自動編碼器深層結構。此外Lecun等人提出的卷積神經網路是第一個真正多層結構學習演算法,它利用空間相對關系減少參數數目以提高訓練性能。1深度學習是機器學習研究中的一個新的領域,其動機在於建立、模擬人腦進行分析學習的神經網路,它模仿人腦的機制來解釋數據,例如圖像,聲音和文本。同機器學習方法一樣,深度機器學習方法也有監督學習與無監督學習之分.不同的學習框架下建立的學習模型很是不同.例如,卷積神經網路(Convolutional neural networks,簡稱CNNs)就是一種深度的監督學習下的機器學習模型,而深度置信網(Deep Belief Nets,簡稱DBNs)就是一種無監督學習下的機器學習模型。

什麼是BP神經網路

BP演算法的基本思想是:學習過程由信號正向傳播與誤差的反向回傳兩個部分組成;正向傳播時,輸入樣本從輸入層傳入,經各隱層依次逐層處理,傳向輸出層,若輸出層輸出與期望不符,則將誤差作為調整信號逐層反向回傳,對神經元之間的連接權矩陣做出處理,使誤差減小。經反復學習,最終使誤差減小到可接受的范圍。具體步驟如下:
1、從訓練集中取出某一樣本,把信息輸入網路中。
2、通過各節點間的連接情況正向逐層處理後,得到神經網路的實際輸出。
3、計算網路實際輸出與期望輸出的誤差。
4、將誤差逐層反向回傳至之前各層,並按一定原則將誤差信號載入到連接權值上,使整個神經網路的連接權值向誤差減小的方向轉化。
5、対訓練集中每一個輸入—輸出樣本對重復以上步驟,直到整個訓練樣本集的誤差減小到符合要求為止。

㈢ 神經網路演算法原理

4.2.1 概述

人工神經網路的研究與計算機的研究幾乎是同步發展的。1943年心理學家McCulloch和數學家Pitts合作提出了形式神經元的數學模型,20世紀50年代末,Rosenblatt提出了感知器模型,1982年,Hopfiled引入了能量函數的概念提出了神經網路的一種數學模型,1986年,Rumelhart及LeCun等學者提出了多層感知器的反向傳播演算法等。

神經網路技術在眾多研究者的努力下,理論上日趨完善,演算法種類不斷增加。目前,有關神經網路的理論研究成果很多,出版了不少有關基礎理論的著作,並且現在仍是全球非線性科學研究的熱點之一。

神經網路是一種通過模擬人的大腦神經結構去實現人腦智能活動功能的信息處理系統,它具有人腦的基本功能,但又不是人腦的真實寫照。它是人腦的一種抽象、簡化和模擬模型,故稱之為人工神經網路(邊肇祺,2000)。

人工神經元是神經網路的節點,是神經網路的最重要組成部分之一。目前,有關神經元的模型種類繁多,最常用最簡單的模型是由閾值函數、Sigmoid 函數構成的模型(圖 4-3)。

儲層特徵研究與預測

以上演算法是對每個樣本作權值修正,也可以對各個樣本計算δj後求和,按總誤差修正權值。

㈣ 有人可以介紹一下什麼是"神經網路"嗎

由於神經網路是多學科交叉的產物,各個相關的學科領域對神經網路
都有各自的看法,因此,關於神經網路的定義,在科學界存在許多不同的
見解。目前使用得最廣泛的是T.Koholen的定義,即"神經網路是由具有適
應性的簡單單元組成的廣泛並行互連的網路,它的組織能夠模擬生物神經
系統對真實世界物體所作出的交互反應。"

如果我們將人腦神經信息活動的特點與現行馮·諾依曼計算機的工作方
式進行比較,就可以看出人腦具有以下鮮明特徵:

1. 巨量並行性。
在馮·諾依曼機中,信息處理的方式是集中、串列的,即所有的程序指
令都必須調到CPU中後再一條一條地執行。而人在識別一幅圖像或作出一項
決策時,存在於腦中的多方面的知識和經驗會同時並發作用以迅速作出解答。
據研究,人腦中約有多達10^(10)~10^(11)數量級的神經元,每一個神經元
具有103數量級的連接,這就提供了巨大的存儲容量,在需要時能以很高的
反應速度作出判斷。

2. 信息處理和存儲單元結合在一起。
在馮·諾依曼機中,存儲內容和存儲地址是分開的,必須先找出存儲器的
地址,然後才能查出所存儲的內容。一旦存儲器發生了硬體故障,存儲器中
存儲的所有信息就都將受到毀壞。而人腦神經元既有信息處理能力又有存儲
功能,所以它在進行回憶時不僅不用先找存儲地址再調出所存內容,而且可
以由一部分內容恢復全部內容。當發生"硬體"故障(例如頭部受傷)時,並
不是所有存儲的信息都失效,而是僅有被損壞得最嚴重的那部分信息丟失。

3. 自組織自學習功能。
馮·諾依曼機沒有主動學習能力和自適應能力,它只能不折不扣地按照
人們已經編制好的程序步驟來進行相應的數值計算或邏輯計算。而人腦能夠
通過內部自組織、自學習的能力,不斷地適應外界環境,從而可以有效地處
理各種模擬的、模糊的或隨機的問題。

神經網路研究的主要發展過程大致可分為四個階段:

1. 第一階段是在五十年代中期之前。

西班牙解剖學家Cajal於十九世紀末創立了神經元學說,該學說認為神經
元的形狀呈兩極,其細胞體和樹突從其他神經元接受沖動,而軸索則將信號
向遠離細胞體的方向傳遞。在他之後發明的各種染色技術和微電極技術不斷
提供了有關神經元的主要特徵及其電學性質。

1943年,美國的心理學家W.S.McCulloch和數學家W.A.Pitts在論文《神經
活動中所蘊含思想的邏輯活動》中,提出了一個非常簡單的神經元模型,即
M-P模型。該模型將神經元當作一個功能邏輯器件來對待,從而開創了神經
網路模型的理論研究。

1949年,心理學家D.O. Hebb寫了一本題為《行為的組織》的書,在這本
書中他提出了神經元之間連接強度變化的規則,即後來所謂的Hebb學習法則。
Hebb寫道:"當神經細胞A的軸突足夠靠近細胞B並能使之興奮時,如果A重
復或持續地激發B,那麼這兩個細胞或其中一個細胞上必然有某種生長或代
謝過程上的變化,這種變化使A激活B的效率有所增加。"簡單地說,就是
如果兩個神經元都處於興奮狀態,那麼它們之間的突觸連接強度將會得到增
強。

五十年代初,生理學家Hodykin和數學家Huxley在研究神經細胞膜等效電
路時,將膜上離子的遷移變化分別等效為可變的Na+電阻和K+電阻,從而建
立了著名的Hodykin-Huxley方程。

這些先驅者的工作激發了許多學者從事這一領域的研究,從而為神經計
算的出現打下了基礎。

2. 第二階段從五十年代中期到六十年代末。

1958年,F.Rosenblatt等人研製出了歷史上第一個具有學習型神經網路
特點的模式識別裝置,即代號為Mark I的感知機(Perceptron),這一重
大事件是神經網路研究進入第二階段的標志。對於最簡單的沒有中間層的
感知機,Rosenblatt證明了一種學習演算法的收斂性,這種學習演算法通過迭代
地改變連接權來使網路執行預期的計算。

稍後於Rosenblatt,B.Widrow等人創造出了一種不同類型的會學習的神經
網路處理單元,即自適應線性元件Adaline,並且還為Adaline找出了一種有
力的學習規則,這個規則至今仍被廣泛應用。Widrow還建立了第一家神經計
算機硬體公司,並在六十年代中期實際生產商用神經計算機和神經計算機軟
件。

除Rosenblatt和Widrow外,在這個階段還有許多人在神經計算的結構和
實現思想方面作出了很大的貢獻。例如,K.Steinbuch研究了稱為學習矩陣
的一種二進制聯想網路結構及其硬體實現。N.Nilsson於1965年出版的
《機器學習》一書對這一時期的活動作了總結。

3. 第三階段從六十年代末到八十年代初。

第三階段開始的標志是1969年M.Minsky和S.Papert所著的《感知機》一書
的出版。該書對單層神經網路進行了深入分析,並且從數學上證明了這種網
絡功能有限,甚至不能解決象"異或"這樣的簡單邏輯運算問題。同時,他們
還發現有許多模式是不能用單層網路訓練的,而多層網路是否可行還很值得
懷疑。

由於M.Minsky在人工智慧領域中的巨大威望,他在論著中作出的悲觀結論
給當時神經網路沿感知機方向的研究潑了一盆冷水。在《感知機》一書出版
後,美國聯邦基金有15年之久沒有資助神經網路方面的研究工作,前蘇聯也
取消了幾項有前途的研究計劃。

但是,即使在這個低潮期里,仍有一些研究者繼續從事神經網路的研究工
作,如美國波士頓大學的S.Grossberg、芬蘭赫爾辛基技術大學的T.Kohonen
以及日本東京大學的甘利俊一等人。他們堅持不懈的工作為神經網路研究的
復興開辟了道路。

4. 第四階段從八十年代初至今。

1982年,美國加州理工學院的生物物理學家J.J.Hopfield採用全互連型
神經網路模型,利用所定義的計算能量函數,成功地求解了計算復雜度為
NP完全型的旅行商問題(Travelling Salesman Problem,簡稱TSP)。這
項突破性進展標志著神經網路方面的研究進入了第四階段,也是蓬勃發展
的階段。

Hopfield模型提出後,許多研究者力圖擴展該模型,使之更接近人腦的
功能特性。1983年,T.Sejnowski和G.Hinton提出了"隱單元"的概念,並且
研製出了Boltzmann機。日本的福島邦房在Rosenblatt的感知機的基礎上,
增加隱層單元,構造出了可以實現聯想學習的"認知機"。Kohonen應用3000
個閾器件構造神經網路實現了二維網路的聯想式學習功能。1986年,
D.Rumelhart和J.McClelland出版了具有轟動性的著作《並行分布處理-認知
微結構的探索》,該書的問世宣告神經網路的研究進入了高潮。

1987年,首屆國際神經網路大會在聖地亞哥召開,國際神經網路聯合會
(INNS)成立。隨後INNS創辦了刊物《Journal Neural Networks》,其他
專業雜志如《Neural Computation》,《IEEE Transactions on Neural
Networks》,《International Journal of Neural Systems》等也紛紛
問世。世界上許多著名大學相繼宣布成立神經計算研究所並制訂有關教育
計劃,許多國家也陸續成立了神經網路學會,並召開了多種地區性、國際性
會議,優秀論著、重大成果不斷涌現。

今天,在經過多年的准備與探索之後,神經網路的研究工作已進入了決
定性的階段。日本、美國及西歐各國均制訂了有關的研究規劃。

日本制訂了一個"人類前沿科學計劃"。這項計劃為期15-20年,僅
初期投資就超過了1萬億日元。在該計劃中,神經網路和腦功能的研究佔有
重要地位,因為所謂"人類前沿科學"首先指的就是有關人類大腦以及通過
借鑒人腦而研製新一代計算機的科學領域。

在美國,神經網路的研究得到了軍方的強有力的支持。美國國防部投資
4億美元,由國防部高級研究計劃局(DAPRA)制訂了一個8年研究計劃,
並成立了相應的組織和指導委員會。同時,海軍研究辦公室(ONR)、空軍
科研辦公室(AFOSR)等也紛紛投入巨額資金進行神經網路的研究。DARPA認
為神經網路"看來是解決機器智能的唯一希望",並認為"這是一項比原子彈
工程更重要的技術"。美國國家科學基金會(NSF)、國家航空航天局(NASA)
等政府機構對神經網路的發展也都非常重視,它們以不同的形式支持了眾多
的研究課題。

歐共體也制訂了相應的研究計劃。在其ESPRIT計劃中,就有一個項目是
"神經網路在歐洲工業中的應用",除了英、德兩國的原子能機構外,還有多
個歐洲大公司卷進這個研究項目,如英國航天航空公司、德國西門子公司等。
此外,西歐一些國家還有自己的研究計劃,如德國從1988年就開始進行一個
叫作"神經資訊理論"的研究計劃。

我國從1986年開始,先後召開了多次非正式的神經網路研討會。1990年
12月,由中國計算機學會、電子學會、人工智慧學會、自動化學會、通信學
會、物理學會、生物物理學會和心理學會等八個學會聯合在北京召開了"中
國神經網路首屆學術會議",從而開創了我國神經網路研究的新紀元。

㈤ 人工神經網路的基本特徵

人工神經網路是由大量處理單元互聯組成的非線性、自適應信息處理系統。它是在現代神經科學研究成果的基礎上提出的,試圖通過模擬大腦神經網路處理、記憶信息的方式進行信息處理。人工神經網路具有四個基本特徵:
(1)非線性 非線性關系是自然界的普遍特性。大腦的智慧就是一種非線性現象。人工神經元處於激活或抑制二種不同的狀態,這種行為在數學上表現為一種非線性關系。具有閾值的神經元構成的網路具有更好的性能,可以提高容錯性和存儲容量。
(2)非局限性 一個神經網路通常由多個神經元廣泛連接而成。一個系統的整體行為不僅取決於單個神經元的特徵,而且可能主要由單元之間的相互作用、相互連接所決定。通過單元之間的大量連接模擬大腦的非局限性。聯想記憶是非局限性的典型例子。
(3)非常定性 人工神經網路具有自適應、自組織、自學習能力。神經網路不但處理的信息可以有各種變化,而且在處理信息的同時,非線性動力系統本身也在不斷變化。經常採用迭代過程描寫動力系統的演化過程。
(4)非凸性 一個系統的演化方向,在一定條件下將取決於某個特定的狀態函數。例如能量函數,它的極值相應於系統比較穩定的狀態。非凸性是指這種函數有多個極值,故系統具有多個較穩定的平衡態,這將導致系統演化的多樣性。
人工神經網路中,神經元處理單元可表示不同的對象,例如特徵、字母、概念,或者一些有意義的抽象模式。網路中處理單元的類型分為三類:輸入單元、輸出單元和隱單元。輸入單元接受外部世界的信號與數據;輸出單元實現系統處理結果的輸出;隱單元是處在輸入和輸出單元之間,不能由系統外部觀察的單元。神經元間的連接權值反映了單元間的連接強度,信息的表示和處理體現在網路處理單元的連接關系中。人工神經網路是一種非程序化、適應性、大腦風格的信息處理 ,其本質是通過網路的變換和動力學行為得到一種並行分布式的信息處理功能,並在不同程度和層次上模仿人腦神經系統的信息處理功能。它是涉及神經科學、思維科學、人工智慧、計算機科學等多個領域的交叉學科。
人工神經網路是並行分布式系統,採用了與傳統人工智慧和信息處理技術完全不同的機理,克服了傳統的基於邏輯符號的人工智慧在處理直覺、非結構化信息方面的缺陷,具有自適應、自組織和實時學習的特點。

㈥ 神經網路連接方式分為哪幾類每一類有哪些特點

神經網路模型的分類
人工神經網路的模型很多,可以按照不同的方法進行分類。其中,常見的兩種分類方法是,按照網路連接的拓樸結構分類和按照網路內部的信息流向分類。
1 按照網路拓樸結構分類
網路的拓樸結構,即神經元之間的連接方式。按此劃分,可將神經網路結構分為兩大類:層次型結構和互聯型結構。
層次型結構的神經網路將神經元按功能和順序的不同分為輸出層、中間層(隱層)、輸出層。輸出層各神經元負責接收來自外界的輸入信息,並傳給中間各隱層神經元;隱層是神經網路的內部信息處理層,負責信息變換。根據需要可設計為一層或多層;最後一個隱層將信息傳遞給輸出層神經元經進一步處理後向外界輸出信息處理結果。

而互連型網路結構中,任意兩個節點之間都可能存在連接路徑,因此可以根據網路中節點的連接程度將互連型網路細分為三種情況:全互連型、局部互連型和稀疏連接型
2 按照網路信息流向分類
從神經網路內部信息傳遞方向來看,可以分為兩種類型:前饋型網路和反饋型網路。
單純前饋網路的結構與分層網路結構相同,前饋是因網路信息處理的方向是從輸入層到各隱層再到輸出層逐層進行而得名的。前饋型網路中前一層的輸出是下一層的輸入,信息的處理具有逐層傳遞進行的方向性,一般不存在反饋環路。因此這類網路很容易串聯起來建立多層前饋網路。
反饋型網路的結構與單層全互連結構網路相同。在反饋型網路中的所有節點都具有信息處理功能,而且每個節點既可以從外界接受輸入,同時又可以向外界輸出。

㈦ 神經網路的特點

不論何種類型的人工神經網路,它們共同的特點是,大規模並行處理,分布式存儲,彈性拓撲,高度冗餘和非線性運算。因而具有很髙的運算速度,很強的聯想能力,很強的適應性,很強的容錯能力和自組織能力。這些特點和能力構成了人工神經網路模擬智能活動的技術基礎,並在廣闊的領域獲得了重要的應用。例如,在通信領域,人工神經網路可以用於數據壓縮、圖像處理、矢量編碼、差錯控制(糾錯和檢錯編碼)、自適應信號處理、自適應均衡、信號檢測、模式識別、ATM流量控制、路由選擇、通信網優化和智能網管理等等。
人工神經網路的研究已與模糊邏輯的研究相結合,並在此基礎上與人工智慧的研究相補充,成為新一代智能系統的主要方向。這是因為人工神經網路主要模擬人類右腦的智能行為而人工智慧主要模擬人類左腦的智能機理,人工神經網路與人工智慧有機結合就能更好地模擬人類的各種智能活動。新一代智能系統將能更有力地幫助人類擴展他的智力與思維的功能,成為人類認識和改造世界的聰明的工具。因此,它將繼續成為當代科學研究重要的前沿。

㈧ 神經網路的主要內容特點

(1) 神經網路的一般特點
作為一種正在興起的新型技術神經網路有著自己的優勢,他的主要特點如下:
① 由於神經網路模仿人的大腦,採用自適應演算法。使它較之專家系統的固定的推理方式及傳統計算機的指令程序方式更能夠適應化環境的變化。總結規律,完成某種運算、推理、識別及控制任務。因而它具有更高的智能水平,更接近人的大腦。
② 較強的容錯能力,使神經網路能夠和人工視覺系統一樣,根據對象的主要特徵去識別對象。
③ 自學習、自組織功能及歸納能力。
以上三個特點是神經網路能夠對不確定的、非結構化的信息及圖像進行識別處理。石油勘探中的大量信息就具有這種性質。因而,人工神經網路是十分適合石油勘探的信息處理的。
(2) 自組織神經網路的特點
自組織特徵映射神經網路作為神經網路的一種,既有神經網路的通用的上面所述的三個主要的特點又有自己的特色。
① 自組織神經網路共分兩層即輸入層和輸出層。
② 採用競爭學記機制,勝者為王,但是同時近鄰也享有特權,可以跟著競爭獲勝的神經元一起調整權值,從而使得結果更加光滑,不想前面的那樣粗糙。
③ 這一網路同時考慮拓撲結構的問題,即他不僅僅是對輸入數據本身的分析,更考慮到數據的拓撲機構。
權值調整的過程中和最後的結果輸出都考慮了這些,使得相似的神經元在相鄰的位置,從而實現了與人腦類似的大腦分區響應處理不同類型的信號的功能。
④ 採用無導師學記機制,不需要教師信號,直接進行分類操作,使得網路的適應性更強,應用更加的廣泛,尤其是那些對於現在的人來說結果還是未知的數據的分類。頑強的生命力使得神經網路的應用范圍大大加大。

㈨ c神經網路中間層的層數對神經網路的性能有何影響

神經網路中間層數目越多,計算精度越高,但是計算量也越大。所以適當的中間層數目選擇很重要,既要滿足計算精度要求,又要保證網路結構盡可能緊湊,計算量不至於太大。而且中間層數目增加到一定程度,計算精度的提高幾乎可以忽略不計,甚至精度會下降。

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