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神经网络:从神经元到深度学习

本文转自:机器人2025(ID:robot2025)

原文出处:计算机的潜意识

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神经网络是一门重要的机器学习技术。它是目前最为火热的研究方向–深度学习的基础。学习神经网络不仅可以让你掌握一门强大的机器学习方法,同时也可以更好地帮助你理解深度学习技术。

本文以一种简单的,循序的方式讲解神经网络。适合对神经网络了解不多的同学。本文对阅读没有一定的前提要求,但是懂一些机器学习基础会更好地帮助理解本文。

神经网络是一种模拟人脑的神经网络以期能够实现类人工智能的机器学习技术。人脑中的神经网络是一个非常复杂的组织。成人的大脑中估计有1000亿个神经元之多。

图1 人脑神经网络

那么机器学习中的神经网络是如何实现这种模拟的,并且达到一个惊人的良好效果的?通过本文,你可以了解到这些问题的答案,同时还能知道神经网络的历史,以及如何较好地学习它。

由于本文较长,为方便读者,以下是本文的目录:

一.

二.

三.

四.

五.

六.

七.

八.

九.

十.

一、前言

让我们来看一个经典的神经网络。这是一个包含三个层次的神经网络。红色的是输入层,绿色的是输出层,紫色的是中间层(也叫隐藏层)。输入层有3个输入单元,隐藏层有4个单元,输出层有2个单元。后文中,我们统一使用这种颜色来表达神经网络的结构。

图2 神经网络结构图

在开始介绍前,有一些知识可以先记在心里:

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;

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;

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),这是需要训练得到的。

除了从左到右的形式表达的结构图,还有一种常见的表达形式是从下到上来表示一个神经网络。这时候,输入层在图的最下方。输出层则在图的最上方,如下图:

图3 从下到上的神经网络结构图

从左到右的表达形式以Andrew Ng和LeCun的文献使用较多,Caffe里使用的则是从下到上的表达。在本文中使用Andrew Ng代表的从左到右的表达形式。

下面从简单的神经元开始说起,一步一步介绍神经网络复杂结构的形成。

二、神经元

1.引子

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