神经网络

1.1 感知机

    你可以把感知机(Perceptron)通俗理解为一个函数f,向函数f输入变量x_1,x_2,x_3...x_n,函数会输出0或1。哪函数f是如何做到的呢?很简单,我们为每个x_i分配一个权重w_i,根据\sum\nolimits_{i=1}^nx_iw_i 大于或小于阈值,输出不同的结果。其公式如下:

f = \begin{cases} 1& {\sum\nolimits_{i=1}^nx_iw_i \geq  阈值}\\ 0 & {\sum\nolimits_{i=1}^nx_iw_i < 阈值 } \end{cases}

我们设:阈值=-b,则上式可以简化一下:

z = \begin{cases} 1& {\sum\nolimits_{i=1}^nx_iw_i +b\geq  0}\\ 0 & {\sum\nolimits_{i=1}^nx_iw_i + b< 0 } \end{cases}

通俗解释下:一个女生选男票,x_1代表身高,x_2代表性格,x_3代表长相。如果女生更青睐性格好的男生,那么x_2对应的w_2取值就会大,不在乎长相,那么x_3对应的w_3取值就会小。同时b衡量了女生想谈恋爱的程度,b越大说明女生越渴望恋爱。反之亦然。


1.2 S型神经元

    我们对上面的\sum\nolimits_{i=1}^nx_iw_i+b,做一下处理有:\sigma (\sum\nolimits_{i=1}^nx_iw_i+b),其中\sigma 为:\sigma (z) = \frac{1}{1 + e^{-z}} ,也叫sigmoid function。于是有:

\sigma (\sum\nolimits_{i=1}^nx_iw_i+b) =  \frac{1}{1 + e^{-\sum\nolimits_{i=1}^nx_iw_i-b}}

你可能会问我,为什么要这样做?因为sigmoid function 可以将\sum\nolimits_{i=1}^nx_iw_i+b的结果压缩到[0,1]\lim\nolimits_{(\sum\nolimits_{i=1}^nx_iw_i+b)\to+∞ } \sigma  = 1\lim\nolimits_{(\sum\nolimits_{i=1}^nx_iw_i+b)\to-∞ } \sigma  = 0。并且sigmoid function 是一个可导函数,我们可以用导数进一步研究输出值与w_i,b之间的关系。


1.3 神经网络的架构


其中hidden layer中每一个圈都代表一个S型神经元。这样的一个神经网络中我们有输入值x_1,x_2,...x_n和输出值y。我们希望有⼀个算法,能让我们找到w_1,w_2....w_m(m为上图中的箭头数)和b_1,b_2...b_k(k为hidden layer,output layer神经元个数),以⾄于⽹络的输出 y(x) 能够拟合所有的训练输⼊ x。为了量化我们如何实现这个⽬标,我们定义⼀个代价函数 :


其中a表示预测值

我们的目标很明确就是寻找对应所有输入\vec{x} 使函数C取最小值时的\vec{w} ,\vec{b}

1.4梯度下降法

    分析一下上面的函数C(loss function):\vec{x} 是输入模型的所有样本,\vec{y} 为对应的标签,两者都是不变的。所以C的大小只与\vec{w} , \vec{b}
有关。于是便想:我们可不可以逐步探索,调整\vec{w} ,\vec{b} 使C的取值越来越小?于是有了梯度下降法(Gradient descent)。

对于一个函数J(\theta _0,\theta _1),梯度下降的主要思想:

1.初始化\theta _0,\theta _1

2.不断改变\theta _0,\theta _1的值,使J(\theta _0,\theta _1)不断减小至最小值。

梯度下降的过程如图所示:

现在你可能会说:鬼知道应该怎么调整\theta _0,\theta _1会使J变小。这时我们便要使用微积分工具了:

\Delta J = \frac{\partial J}{\partial\theta_0  }\Delta \theta_0 +\frac{\partial J}{\partial\theta_1  }\Delta \theta_1

我们要使J变小,即\Delta J<0。于是有\frac{\partial J}{\partial\theta_0  }\Delta \theta_0 +\frac{\partial J}{\partial\theta_1  }\Delta \theta_1<0。我们取\Delta \theta _0 = -\eta \frac{\partial J}{\partial\theta_0  }\Delta \theta _1 = -\eta \frac{\partial J}{\partial\theta_1  }\eta >0

带入上式于是有-\eta [(\frac{\partial J}{\partial\theta_0  })^2+(\frac{\partial J}{\partial\theta_1  })^2]<0。好了我们只要按照以下规则更新\theta _0,\theta _1。就会使J变小。

 \theta _0 = \theta _0 -\eta \frac{\partial J}{\partial\theta_0  }, \theta _1 = \theta _1 -\eta \frac{\partial J}{\partial\theta_1  }

重复上述过程,直到J的保持稳定。注意:\theta _0,\theta _1的值要同时更新,切记不要求一次导更新一次!

2.1

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 203,547评论 6 477
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 85,399评论 2 381
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 150,428评论 0 337
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 54,599评论 1 274
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 63,612评论 5 365
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,577评论 1 281
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 37,941评论 3 395
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,603评论 0 258
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 40,852评论 1 297
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,605评论 2 321
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,693评论 1 329
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,375评论 4 318
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 38,955评论 3 307
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,936评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,172评论 1 259
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 43,970评论 2 349
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,414评论 2 342

推荐阅读更多精彩内容