【神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)】表征

一惯雳、引子

對于非線性的分類問題,當(dāng)自變量較多的時候鸿摇,用之前的回歸的方法就會非常復(fù)雜石景,因為在我們要擬合的函數(shù)項的可能性會爆炸。
例如拙吉,如果我們有100個自變量(x1潮孽、x2、x3...x100)筷黔,如果只考慮最后是二階的函數(shù)往史,那么特征就有:x1、x1^2佛舱、 x1x2椎例、x1x3...x100挨决、x100^2, 復(fù)雜度是O(n^2)

那么這種輸入很多的情況會怎么出現(xiàn)呢订歪?

計算機視覺2逼怼!
隨便一張可辨認(rèn)內(nèi)容的圖片刷晋,像素都是幾百幾千朝上的撒犀。
假如有一張50*50像素的圖片,那么這張圖片上一共就有2500個像素點掏秩,如果我們要構(gòu)造二階的擬合函數(shù)或舞,那么特征數(shù)量就會是百萬級的!C苫谩映凳!

二、神經(jīng)元與大腦

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)其實是個很早就被提出了邮破,曾經(jīng)因為受限于硬件水平而銷聲匿跡诈豌,近幾年才重新熱起來。

相關(guān)的生物學(xué)原理與腦干切除手術(shù)有關(guān)抒和,就不詳述了矫渔。

三、模型表示

1.單個神經(jīng)元

真正的神經(jīng)細(xì)胞由細(xì)胞體和突起組成摧莽。
而突起又分為樹突和軸突庙洼。樹突接收多個其他神經(jīng)細(xì)胞的沖動,而軸突向多個其他神經(jīng)細(xì)胞傳遞沖動镊辕。

因此油够,模仿生物細(xì)胞建立模型——Logistic unit(邏輯單元)。


logistic unit

在我們的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中征懈,邏輯單元包括輸入和輸出石咬,決定如何輸出的函數(shù)叫激活函數(shù)(g(z)),而決定x在z中系數(shù)的Θ又叫作權(quán)重卖哎。

參考之前邏輯回歸使鬼悠,會有一個常數(shù)項。所以亏娜,在某個神經(jīng)元之前的所有神經(jīng)元中焕窝,有時會設(shè)置一個值永遠(yuǎn)固定為1的單元,叫做bias unit(偏置單元照藻?袜啃?)汗侵。

2.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

由多層的神經(jīng)元組成的網(wǎng)絡(luò)幸缕。
第一層被叫做輸入層(input layer)群发;輸出最后值之前的最后一個網(wǎng)絡(luò)叫作輸出層(output layer),輸出層只有一個神經(jīng)元发乔;中間的叫做隱藏層(hidden layer)熟妓,因為這種層的結(jié)果我們不需要去理解。

3. 參數(shù)表示

  • ai(j)→j層的第i個神經(jīng)元的activation(激活栏尚?起愈?)
  • Θ(j)→由第j層到第j+1層的映射權(quán)重矩陣,這個矩陣的尺寸取決于j層和j+1層的單元數(shù)译仗。
    若s(j)表示第j層的單元數(shù)抬虽,則Θ(j)的維度為:(s(j+1))*(s(j)+1)。s(j)+1纵菌,加的是偏置單元阐污。

前向傳播

其實與之前的回歸差不多,但是之前是一次性把那么多特征納入到一次訓(xùn)練中咱圆,而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前向傳播是把這個過程拆分給了多個層去完成笛辟,這樣比較適合并行計算。

四序苏、應(yīng)用

1.非線性分類問題:XOR/XNOR

XOR手幢,異或
XNOR<=>NOT(XOR)互斥反或
都是非線性的


XOR(紅“x”為false,藍“o”為true忱详,如果圖例反過來則表示XNOR)

可以通過AND围来、OR、NAND匈睁、NOR這些線性的分類問題來構(gòu)造

AND

令z=20x1+20x2-30
h(z)=1/(1+e^(-z))
注意9芮!這里我作圖的時候把藍色“x”當(dāng)成false软舌,紅色“o”當(dāng)成true才漆,后面OR的圖像又不一樣了(懶得改了,意會即可)

AND

OR

令z=20x1+20x2-10
h(z)=1/1(e^(-z))
藍色“o”是true佛点,紅色“x”是false


具體表格就不放了

NOT x

z=10-20x

(NOT x1)AND(NOT x2)

藍色“o”是false醇滥,紅色“x”是true

終于,我們湊齊了XNOR的兩種可能情況超营,一種是兩個同為true(x1 AND x2)鸳玩,另一種是兩個同為false((NOT x1)AND(NOT x2)),這是第一層到第二層演闭;用OR將這兩種情況(即兩個節(jié)點)再關(guān)聯(lián)起來不跟,則會得到XNOR的結(jié)果,這是第二層到第三層米碰。
這樣的XNOR的邏輯網(wǎng)絡(luò)就總共有三層窝革,包括bias unit购城,總共有7個節(jié)點

xnor.PNG

2.多分類

one-vs-all
之前在回歸方法中就說過多分類,方法是一樣的虐译,最后輸出的不是一個數(shù)字瘪板,而是一個向量,向量的模約等于1漆诽,為1的維度即對應(yīng)著輸入哪一類

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