前馈神经网络

前言

从这一节就开始接触最简单最朴素的神经网络了,叫做前馈神经网络。在这种神经网络中,各神经元从输入层开始,接收前一级输入,并输入到下一级,直至输出层。整个网络中无反馈,可用一个有向无环图表示。

通常我们说的前馈神经网络有两种:反向传播网络(BP网络)和径向基函数神经网络(RBF网络)。

这一节虽然不难,但是非常重要,因为几乎所有在深度学习中涉及的最为关键性的问题都在这一节涵盖了。我们以最简单的BP网络为例,看看最简单的神经网络是怎么设计和工作的。

本节目录:

  1. 线性回归的训练
  2. 神经网络的训练
  3. 小结

线性回归的训练

也就是之前讲过的线性函数:y=wx+b ,在拟合的过程中,我们添加一个参数 e 代表 error,表示误差的含义,于是就有了:y=wx+b+e

当取定每一个 w 和 b 的时候,只要带入一个 x 和对应的 y 就一定会产生一个 e 来表示这个误差。所以总的误差就可以表示为:

image

但是显然也是有一个问题的:这种误差能内部正负相互抵消的吗?显然是不能的。所以我们取其平方和,即:

image

在完全展开之后,在合并公因式以及常数项之后,得到类似以下形式:

image

A - F 都是常数系数,现在我们得到了一个全局的误差函数,其中未知数是 w 和 b。现在我们要做的就是找到一对 w 和 b 使得Loss 误差值越小越好。

这你估计就坐不住了,求导求最小值嘛,高中我就会。事实上的确是这样,这里介绍一种很开阔思维的算法:梯度下降法

还是以最简单的说起,假如求 y=f(x)=x^2 + 1 的最小值:

image

聪明的你一眼能看出来极值在哪,但是计算机就比较笨了,它只能先选取一个点,比如是(1,2),选中之后往左挪发现值比它小,往右挪发现值比它大,所以它肯定会往左挪来让自己变得小,也就越接近极值。但是我们希望它能够在离极值点远的地方挪动的幅度大一点,在极值点近的地方挪动的幅度小一点,这该怎么办呢?这就是梯度下降法要解决的问题。

image

这表示的是一个更新逻辑过程,X(n+1) 和 X(n) 分别表示两个临近迭代中的 x 值,X(n+1)是X(n)更新后的下一次迭代的值,每次更新都把后面的值赋值给前面,其中的希腊字母称为学习率,也就是一个挪动步长的基数,在学习伊始由编程人员赋值进去就好了。至于为什么这样写?自己仔细想想就明白了。

所以,对于像上面的凸函数(从函数图像下方往上看),用梯度下降法的核心思路就是:在函数的曲线(曲面)上初始化一个点,然后让他沿着梯度下降的方向移动,直至移动到极值的位置。

那对于多元函数该怎么办呢?直接上答案了:

image

就是把导数变为偏导数。

神经网络的训练

隐藏层:

image

输出层:

image

那么损失函数也就可以定义为:

image

其实线性模型我们已经搞定了,就是挪啊挪找极值,而对于激励函数依旧是这样。

准备样本

这个要注意的是,如果要做图片分类的话,还要为每个样本打上标签,如果这里只是用数字作为样本,有输入和输出就行了。

清洗处理

这个过程是比较复杂的,也是整个神经网络和深度学习中比较难的地方。处理的目的就是为了帮助网络更高效、更准确的做好分类。

正式训练

然后就是代入样本开始训练,找到让损失函数值最小的待定系数。

小结

到这里,我们已经了解了一个简单的神经网络训练过程和原理,后面我们还会见到很多构建复杂的神经网络,从本质上讲,都是通过不断调整各个神经元中待定系数使得损失函数向不断降低的方向移动。

注意,在实际生产环境中,可能会遇到更加糟糕的损失函数,它不是凹凸函数,可能是坑坑洼洼的形状,则要求所有极小值点进行比较了,当然,TensorFlow已经封装了这些东西。

©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 200,841评论 5 472
  • 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 84,415评论 2 377
  • 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 147,904评论 0 333
  • 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 54,051评论 1 272
  • 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 63,055评论 5 363
  • 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 48,255评论 1 278
  • 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 37,729评论 3 393
  • 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 36,377评论 0 255
  • 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 40,517评论 1 294
  • 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 35,420评论 2 317
  • 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 37,467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 33,144评论 3 317
  • 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 38,735评论 3 303
  • 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 29,812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 31,029评论 1 256
  • 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 42,528评论 2 346
  • 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 42,126评论 2 341

推荐阅读更多精彩内容