機(jī)器學(xué)習(xí) Chapter 5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由具有適應(yīng)性的簡(jiǎn)單單元組成的廣泛并行互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)译暂,它的組織能夠模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)真實(shí)世界物體所作出的交互反應(yīng)

最基本的成分是神經(jīng)元模型备徐,即“簡(jiǎn)單單元”
每個(gè)神經(jīng)元與其他神經(jīng)元相連拌消,當(dāng)它興奮時(shí)(電位超過閾值)学辱,會(huì)向相連的神經(jīng)元發(fā)送化學(xué)物質(zhì)配喳,從而改變這些神經(jīng)元的電位双泪。

M-P 神經(jīng)元模型(閾值邏輯單元)

理想的激活函數(shù)是階躍函數(shù)(1:神經(jīng)元興奮 0:神經(jīng)元抑制),但由于其不連續(xù)不光滑,常用Sigmoid函數(shù)作為激活函數(shù)
激活函數(shù)

許多個(gè)神經(jīng)元按一定的層次結(jié)構(gòu)連接起來就得到了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是包含了許多參數(shù)的數(shù)學(xué)模型屎鳍,是若干個(gè)函數(shù)相互嵌套而得


感知機(jī)由兩層神經(jīng)元組成,輸入層接收外界輸入信號(hào)后傳遞給輸出層


感知機(jī)學(xué)習(xí)規(guī)則:

n∈(0,1) 稱為學(xué)習(xí)率(learning rate)

感知機(jī)學(xué)習(xí)能力有限问裕,只有輸出層神經(jīng)元進(jìn)行激活函數(shù)處理逮壁,只擁有一層功能神經(jīng)元
感知機(jī)對(duì)線性可分問題 一定會(huì)收斂 求得適當(dāng)?shù)臋?quán)向量
否則會(huì)發(fā)生震蕩 難以穩(wěn)定 不能求得合適解

多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(multi-layer feedforward neural networks):
每層神經(jīng)元與下一層神經(jīng)元全互聯(lián),不存在同層連接和跨層連接粮宛。
隱層(hidden layer):輸出層與輸入層之間的神經(jīng)元層
“單隱層網(wǎng)絡(luò)” or “兩層網(wǎng)絡(luò)” (包含隱層都可稱為多層網(wǎng)絡(luò))

隱含層 和 輸出層 神經(jīng)元都是擁有激活函數(shù)的功能神經(jīng)元

多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)到的東西蘊(yùn)含在連接權(quán)閾值之中


誤差逆?zhèn)鞑ィ‥rror BackPropagation BP)算法: 迭代學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
基于梯度下降策略窥淆,以目標(biāo)的負(fù)梯度方向?qū)?shù)進(jìn)行調(diào)整

  • 輸入示例提供給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)卖宠,產(chǎn)生輸出層結(jié)果
  • 計(jì)算輸出層誤差
  • 將誤差逆向傳播至隱層神經(jīng)元
  • 根據(jù)隱層神經(jīng)元誤差對(duì)連接權(quán)和閾值進(jìn)行調(diào)整


BP算法的目標(biāo)是要最小化訓(xùn)練集上的累計(jì)誤差

標(biāo)準(zhǔn)BP算法

  • 是針對(duì)一個(gè)訓(xùn)練樣例更新參數(shù),參數(shù)更新頻繁忧饭,需要多次迭代
  • 對(duì)不同樣例扛伍,更新效果可能出現(xiàn)“抵消”

累計(jì)BP算法

  • 讀取整個(gè)訓(xùn)練集后才進(jìn)行參數(shù)更新,頻率低
  • 在很多任務(wù)中词裤,當(dāng)累計(jì)誤差下降到一定程度后刺洒,進(jìn)一步下降非常緩慢

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常會(huì)過擬合,訓(xùn)練誤差降低但測(cè)試誤差可能上升

  • 早停:當(dāng)訓(xùn)練集誤差降低但測(cè)試誤差身高時(shí)停止訓(xùn)練吼砂,返回最小驗(yàn)證集誤差的參數(shù)
  • 正則化:在誤差目標(biāo)函數(shù)中增加一個(gè)用于描述網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度的部分(e.g. 連接權(quán)與閾值的平方和)

“跳出”局部最小逆航,獲得全局最小

  • 多組不同參數(shù)值初始化多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
  • 使用模擬退火,每一步以一定概率(隨時(shí)間推移而降低)接受比當(dāng)前解更差的結(jié)果
  • 使用隨機(jī)梯度下降渔肩,計(jì)算梯度時(shí)加入隨機(jī)因素

常見神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

深度學(xué)習(xí)

無監(jiān)督逐層訓(xùn)練是多隱層網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的有效手段

  • 預(yù)訓(xùn)練:每次訓(xùn)練一層隱結(jié)點(diǎn)因俐。上一層隱結(jié)點(diǎn)輸出作為輸入,本層隱結(jié)點(diǎn)輸出作為下一次的輸入周偎。
  • 微調(diào):預(yù)訓(xùn)練全部完成后抹剩,對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行微調(diào)
    E.G. 深度信念網(wǎng)絡(luò)DBN
    或者
  • 權(quán)共享:讓一組神經(jīng)元使用相同的連接權(quán)。
    E.G. 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN
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