初识人工神经网络

此篇只归纳人工神经网络的一些基本概念

概念

人工神经网络(Artificial Neural Network,即ANN ),是20世纪80 年代以来人工智能领域兴起的研究热点,可以说是深度学习的基础。它从信息处理角度对人脑神经元网络进行抽象, 建立某种简单模型,按不同的连接方式组成不同的网络。

神经网络是一种运算模型,由大量的节点(或称神经元)之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数,称为激励函数(activation function)。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值,称之为权重。

经典神经网络结构图

下图展示了神经网络的结构图,这个可能是比较主流的,还有caffe的结构图形式,就不放出来了,理解一个就好:

1.设计一个神经网络时,输入层与输出层的节点数往往是固定的,中间层则可以自由指定。

2.神经网络结构图中的拓扑与箭头代表着预测过程时数据的流向,跟训练时的数据流有一定的区别

3.结构图里的关键不是圆圈(代表“神经元”),而是连接线(代表“神经元”之间的连接)。每个连接线对应一个不同的权重(其值称为权值),相当于人工神经网络的记忆,这是需要训练得到的。

基本特征

1.非线性

先来解释一下线性和非线性:线性关系,指量与量之间按比例、成直线的关系,在空间和时间上代表规则和光滑的运动。而非线性关系,指不按比例、不成直线的关系,一般代表不规则的运动和突变。

人工神经元处于激活或抑制二种不同的状态,这种行为在数学上表现为一种非线性关系。具有阈值的神经元构成的网络具有更好的性能,可以提高容错性和存储容量。

2.非局限性

一个神经网络通常由多个神经元广泛连接而成。一个系统的整体行为不仅取决于单个神经元的特征,而且可能主要由单元之间的相互作用、相互连接所决定。通过单元之间的大量连接模拟大脑的非局限性。

举个栗子:联想记忆是记忆的一种形式。通过与其他的知识单元的联系进行的记忆。相互之间存在联系的形式或概念构成知识在记忆中的具体形态。联想记忆就是各个知识单元之间的相互作用和连接所形成。这种不是单个知识单元作用而成的,就可以理解为是非局限性。

3.非常定性

人工神经网络具有自适应、自组织、自学习能力。神经网络不但处理的信息可以有各种变化,而且在处理信息的同时,非线性动力系统本身也在不断变化。

并且,由于神经网络是采用整体逼近的方式,不会由于个别样本误差而影响整个模型特性,这就是所谓容错特性。举个栗子:一个婴儿,父母不断教他说话,他最终能学习理解父母语言的意思,并且偶尔父母说错一两个字,孩子也能听懂。

4.非凸性

一个系统的演化方向,在一定条件下将取决于某个特定的状态函数。非凸性是指这种函数有多个极值,故系统具有多个较稳定的平衡态,这将导致系统演化的多样性。

发展历程


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