神经网络

数学中的卷积和卷积神经网络中的卷积严格意义上是两种不同的运算 公式为 如图1所示，a矩阵是 的矩阵，a矩阵经过数学卷积运算后得到c矩阵。现在我们计算 处的值，c矩阵其他值的计算方式与 一致。 根据公式（1），可得到 的计算过程如图2，抽象为公式为 会发现图2的计算过程就是图3中颜色相同的块相乘，并求和的过程。 总之， 和 卷积的过程是，卷积核 绕中心点旋转180度，然后与 对应位置相乘并求和 我们以“丢骰子为例”，使用单个下标的离散卷积，公式为 。我们投掷两颗骰子，求解两颗骰子点数为4的概率，则 那么，两枚骰子点数加起来为4的情况有： 因此，两枚骰子点数加起来为4的概率为： 符合卷积的定义，把它写成标准的形式就是： 本质上就是卷积核与图片局部区域对应位置相乘并求和，或者为图片的局部区域像素值加权求和，其中权值就是卷积核心。 这两种操作，很容易通过设计特定的“卷积核”，然后将其与像素矩阵的对应像素（不进行旋转）相乘得到 举例说明 我们对下述的图像进行平滑滤波和边缘提取处理 使用下面的卷积核，就可以得到预期的效果 实现原理： 哪位高手能解释一下卷积神经网络的卷积核？

作者：杨延生链接：来源：知乎著作权归作者所有，转载请联系作者获得授权。"深度学习"是为了让层数较多的多层神经网络可以训练，能够work而演化出来的一系列的 新的结构和新的方法。新的网络结构中最著名的就是CNN，它解决了传统较深的网络参数太多，很难训练的问题，使用了逗局部感受野地和逗权植共享地的概念，大大减少了网络参数的数量。关键是这种结构确实很符合视觉类任务在人脑上的工作原理。新的结构还包括了：LSTM，ResNet等。新的方法就多了：新的激活函数：ReLU，新的权重初始化方法（逐层初始化，XAVIER等），新的损失函数，新的防止过拟合方法（Dropout, BN等）。这些方面主要都是为了解决传统的多层神经网络的一些不足：梯度消失，过拟合等。---------------------- 下面是原答案 ------------------------从广义上说深度学习的网络结构也是多层神经网络的一种。传统意义上的多层神经网络是只有输入层、隐藏层、输出层。其中隐藏层的层数根据需要而定，没有明确的理论推导来说明到底多少层合适。而深度学习中最著名的卷积神经网络CNN，在原来多层神经网络的基础上，加入了特征学习部分，这部分是模仿人脑对信号处理上的分级的。具体操作就是在原来的全连接的层前面加入了部分连接的卷积层与降维层，而且加入的是一个层级。 输入层 - 卷积层 -降维层 -卷积层 - 降维层 -- .... -- 隐藏层 -输出层简单来说，原来多层神经网络做的步骤是：特征映射到值。特征是人工挑选。深度学习做的步骤是 信号->特征->值。 特征是由网络自己选择。

卷积层具有稀疏交互、参数共享、等变表示的特点。1、卷积神经网络中每层卷积层由若干卷积单元组成，每个卷积单元的参数都是通过反向传播算法最佳化得到的。卷积运算的目的是提取输入的不同特征，第一层卷积层可能只能提取一些低级的特征如边缘、线条和角等层级，更多层的网路能从低级特征中迭代提取更复杂的特征。2、这一结构使得卷积神经网络能够利用输入数据的二维结构。与其他深度学习结构相比，卷积神经网络在图像和语音识别方面能够给出更好的结果。这一模型也可以使用反向传播算法进行训练。相比较其他深度、前馈神经网络，卷积神经网络需要考量的参数更少，使之成为一种颇具吸引力的深度学习结构。应用领域：1、影像辨识：卷积神经网络通常在图像分析和图像处理领域中使用。关系密切，两者有一定程度的交叉，但是又有所不同。图像处理侧重于信号处理方面的研究，比如图像对比度的调节、图像编码、去噪以及各种滤波的研究。2、图像分析更侧重点在于研究图像的内容，包括但不局限于使用图像处理的各种技术，它更倾向于对图像内容的分析、解释、和识别。因而，图像分析和计算机科学领域中的模式识别、计算机视觉关系更密切一些。

机器学习中谈论的神经网络是指“神经网络学习”，或者说，是机器学习和神经网络这两个学科领域的交叉部分[1]。 在这里，神经网络更多的是指计算机科学家模拟人类大脑结构和智能行为，发明的一类算法的统称。 神经网络是众多优秀仿生算法中的一种，读书时曾接触过蚁群优化算法，曾惊讶于其强大之处，但神经网络的强大，显然蚁群优化还不能望其项背。A、起源与第一次高潮。有人认为，神经网络的最早讨论，源于现代计算机科学的先驱——阿兰.图灵在1948年的论文中描述的“B型组织机器”[2]。二十世纪50年代出现了以感知机、Adaling为代表的一系列成功，这是神经网络发展的第一个高潮[1]。B、第一次低谷。1969年，马文.明斯基出版《感知机》一书，书中论断直接将神经网络打入冷宫，导致神经网络十多年的“冰河期”。值得一提的是，在这期间的1974年，哈佛大学Paul Webos发明BP算法，但当时未受到应有的重视[1]。 C、第二次高潮。1983年，加州理工学院的物理学家John Hopfield利用神经网络，在旅行商问题上获得当时最好结果，引起轰动；Rumelhart等人重新发明了BP算法，BP算法迅速走红，掀起神经网络第二次高潮[1]。 D、第二次低谷。二十世纪90年代中期，统计学习理论和支持向量机兴起，较之于这些算法，神经网络的理论基础不清晰等缺点更加凸显，神经网络研究进入第二次低谷[1]。 E、深度学习的崛起。2010年前后，随着计算能力的提升和大数据的涌现，以神经网络为基础的“深度学习”崛起，科技巨头公司谷歌、Facebook、百度投入巨资研发，神经网络迎来第三次高潮[1]。2016年3月9日至15日，Google人工智能程序AlphaGo对阵韩国围棋世界冠军李世乭，以4:1大比分获胜，比众多专家预言早了十年。这次比赛，迅速在全世界经济、科研、计算机产业各领域掀起人工智能和深度学习的热烈讨论。 F、展望。从几个方面讨论一下。 1)、近期在Google AlphaGo掀起的热潮中，民众的热情与期待最大，甚至有少许恐慌情绪；计算机产业和互联网产业热情也非常巨大，对未来充满期待，各大巨头公司对其投入大量资源；学术界的反应倒是比较冷静的。学术界的冷静，是因为神经网络和深度神经网络的理论基础还没有出现长足的进步，其缺点还没有根本改善。这也从另一个角度说明了深度神经网络理论进步的空间很大。 2)、"当代神经网络是基于我们上世纪六十年代掌握的脑知识。"关于人类大脑的科学与知识正在爆炸式增长。[3]世界上很多学术团队正在基于大脑机制新的认知建立新的模型[3]。我个人对此报乐观态度，从以往的仿生算法来看，经过亿万年进化的自然界对科技发展的促进从来没有停止过。 3)、还说AlphaGo，它并不是理论和算法的突破，而是基于已有算法的工程精品。AlhphaGo的工作，为深度学习的应用提供了非常广阔的想象空间。分布式技术提供了巨大而廉价的计算能力，巨量数据的积累提供了丰富的训练样本，深度学习开始腾飞，这才刚刚开始。一直沿用至今的，是McChlloch和Pitts在1943年依据脑神经信号传输结构抽象出的简单模型，所以也被称作”M-P神经元模型“。 其中，f函数像一般形如下图的函数，既考虑阶跃性，又考虑光滑可导性。实际常用如下公式，因形如S，故被称作sigmoid函数。把很多个这样的神经元按一定层次连接起来，就得到了神经网络。两层神经元组成，输入层接收外界输入信号，输出层是M-P神经元(只有输出层是)。感知机的数学模型和单个M-P神经元的数学模型是一样的，如因为输入层只需接收输入信号，不是M-P神经元。 感知机只有输出层神经元是B-P神经元，学习能力非常有限。对于现行可分问题，可以证明学习过程一定会收敛。而对于非线性问题，感知机是无能为力的。BP神经网络全称叫作误差逆传播(Error Propagation)神经网络，一般是指基于误差逆传播算法的多层前馈神经网络。这里为了不占篇幅，BP神经网络将起篇另述。 BP算法是迄今最为成功的神经网络学习算法，也是最有代表性的神经网络学习算法。BP算法不仅用于多层前馈神经网络，还用于其他类型神经网络的训练。 RBF网络全程径向基函数(Radial Basis Function)网络，是一种单隐层前馈神经网络，其与BP网络最大的不同是采用径向基函数作为隐层神经元激活函数。 卷积神经网络(Convolutional neural networks，简称CNNs)是一种深度学习的前馈神经网络，在大型图片处理中取得巨大成功。卷积神经网络将起篇另述。 循环神经网络(Recurrent Neural Networks，RNNs)与传统的FNNs不同，RNNs引入定向循环，能够处理那些输入之间前后关联的问题。RNNs已经在众多自然语言处理(Natural Language Processing, NLP)中取得了巨大成功以及广泛应用[5]。RNNs将起篇另述。[5] [1]、《机器学习》，周志华著 [2]、《模式识别（第二版）》，Richard O.Duda等著，李宏东等译 [3]、《揭秘IARPA项目：解码大脑算法或将彻底改变机器学习》，Emily Singerz著，机器之心编译出品 [4]、图片来源于互联网 [5]、 循环神经网络(RNN, Recurrent Neural Networks)介绍

区别：一、计算方法不同1、前馈神经网络：一种最简单的神经网络，各神经元分层排列。每个神经元只与前一层的神经元相连。接收前一层的输出，并输出给下一层．各层间没有反馈。2、BP神经网络：是一种按照误差逆向传播算法训练的多层前馈神经网络。3、卷积神经网络：包含卷积计算且具有深度结构的前馈神经网络。二、作用不同1、前馈神经网络：结构简单，应用广泛，能够以任意精度逼近任意连续函数及平方可积函数．而且可以精确实现任意有限训练样本集。2、BP神经网络：具有很强的非线性映射能力和柔性的网络结构。网络的中间层数、各层的神经元个数可根据具体情况任意设定，并且随着结构的差异其性能也有所不同。3、卷积神经网络：具有表征学习能力，能够按其阶层结构对输入信息进行平移不变分类。三、用途不同1、前馈神经网络：主要应用包括感知器网络、BP网络和RBF网络。2、BP神经网络：1）函数逼近：用输入向量和相应的输出向量训练一个网络逼近一个函数；2）模式识别：用一个待定的输出向量将它与输入向量联系起来；3）分类：把输入向量所定义的合适方式进行分类；4）数据压缩：减少输出向量维数以便于传输或存储。3、卷积神经网络：可应用于图像识别、物体识别等计算机视觉、自然语言处理、物理学和遥感科学等领域。联系：BP神经网络和卷积神经网络都属于前馈神经网络，三者都属于人工神经网络。因此，三者原理和结构相同。扩展资料人工神经网络的优点：1、具有自学习功能。自学习功能对于预测有特别重要的意义。预期未来的人工神经网络计算机将为人类提供经济预测、市场预测、效益预测，其应用前途是很远大的。2、具有联想存储功能。用人工神经网络的反馈网络就可以实现这种联想。3、具有高速寻找优化解的能力。寻找一个复杂问题的优化解，往往需要很大的计算量，利用一个针对某问题而设计的反馈型人工神经网络，发挥计算机的高速运算能力，可很快找到优化解。参考资料来源：百度百科-前馈神经网络参考资料来源：百度百科-BP神经网络参考资料来源：百度百科-卷积神经网络参考资料来源：百度百科-人工神经网络

按照上文中介绍的神经网络，如果处理一张图片的话，参数有多大呢？假设图像的大小为1200 * 1200，下一层的神经元个数为10^5，不难得出参数量为 1200 * 1200 * 10^5 = 1.44 * 10^12。可以看出一层的参数量就是很大了，如果再多加几层，那参数量大的应该是超出了内存的承受范围，这从研究和工程的角度都是不允许的。而且参数太多，很容易造成过拟合。 怎么解决这个问题呢？经过研究，从稀疏连接、参数共享和平移不变性三个方面来进行改进。 可能有些人不懂这种稀疏连接是怎么实现的？先来说说卷积操作，以一个二维矩阵为输入（可以看作是一个单通道图片的像素值），卷积产生的稀疏连接根本原因就是这块的核函数，一般的核函数的大小远小于输入的大小。 以下图例：卷积操作可以看做是一种滑窗法，首先，输入维度是4×4，输入中红色部分，先和核函数中的元素对应相乘，就是输出中左上角的元素值s1,即 s1 = a×k1+b×k2+e×k3+f×k4。 参数共享是指在一个模型的多个函数中使用相同的参数，它是卷积运算带来的固有属性。 在全连接中，计算每层的输出时，权重矩阵中的元素只作用于某一个输入元素一次； 而在卷积神经网络中，卷积核中的每一个元素将作用于每一个局部输入的特定位置上。根据参数共享的思想，我们只需要学习一组参数集合，而不需要针对每一个位置的每一个参数来进行优化学习，从而大大降低了模型的存储需求。 如果一个函数的输入做了一些改变，那么输出也跟着做出同样的改变，这就时平移不变性。 平移不变性是由参数共享的物理意义所得。在计算机视觉中，假如要识别一个图片中是否有一只猫，那么无论这只猫在图片的什么位置，我们都应该识别出来，即就是神经网络的输出对于平移不变性来说是等变的。 根据稀疏连接、参数共享和平移不变性三个思想，卷积核就应运而生了。看下图，有个直观的感受。 上图就是在一个通道上做的卷积，但现实中，图片一般是由3个通道构成（RGB）,卷积核也由二维的平面生成了三维立体。具体的样子如下图： 如上图所示，Filter W0 即为卷积核，其大小为(3 * 3 * 3)，每个3*3的二维平面会和图片的相应的通道进行卷积，3个通道的结果相加后加上统一的偏置b0，结果即为Output Volume 第一个通道的第一个位置的数。 从上图还可以看出 Input Volume 四周加了0，这个0叫做padding，一般是为了卷积划动的过程中包含原有的所有数；而多通道卷积核计算过程和卷积核计算过程，不太一样的是多通道卷积核计算过程每次滑2下，这个滑动的距离叫做步长-stride。 所以通过输入大小和卷积核大小，我们可以推断出最终的结果的大小。比如上图卷积核计算过程，输入大小为5 * 5，卷积核为3 * 3，那么卷积核在原图上每次滑动一格，横向滑3次，纵向也是3次，最终结果为 3 * 3。在多通道卷积核计算过程中，每次滑动为2格，横向滑3次，纵向也是3次，最终结果也为 3*3。可以推断出，最终大小的公式为：（输入大小 - 卷积核大小）/ 滑动步长。 在卷积核计算过程，可以看出经过卷积后的大小变小了，那能不能经过卷积计算且大小不变呢？这里，引出了 padding 的另一个作用，保证输入和输出的大小一致。比方输出的 5*5 加 padding，那么四周就被0围绕了，这时的输入大小就变为7 * 7, 再经过 3 * 3的卷积后，按照上边推断出的公式，可以得出 最终的大小为 5 * 5，这时与输入大小保持了一致。 池化层夹在连续的卷积层中间， 用于压缩数据和参数的量，减小过拟合。 简而言之，如果输入是图像的话，那么池化层的最主要作用就是压缩图像。 池化层用的方法有Max pooling 和 average pooling，而实际用的较多的是Max pooling。下图演示一下Max pooling。 对于每个2 * 2的窗口选出最大的数作为输出矩阵的相应元素的值，比如输入矩阵第一个2 * 2窗口中最大的数是1，那么输出矩阵的第一个元素就是1，如此类推。 全连接层的部分就是将之前的结果展平之后接到最基本的神经网络了。 根据上边的介绍，可以得出，卷积核的通道数目和输入的图像的通道数目是保持一致的，而输出的通道数目是和卷积核数目是一致的。这样参数量可以得出，假设输入的通道为5，卷积核大小为 3 * 3 ，输出的通道数目为10，那么参数量为：3 * 3 * 5 * 10，其中3 * 3 * 5是1个卷积核的参数个数，3 * 3 * 5 * 10 是 10个卷积核的参数个数，也就总共的参数个数。 在卷积中，滑动一次会经过多次的点乘，只经过一次的加法，所以加法的计算量可以忽略不计。其中，滑动一次会的点乘次数和卷积核的大小有关系，比方 3 * 3的卷积，则是经过了 3 * 3 = 9次点积。一共滑动多少次和输出大小有关系，比方 输出的结果也为 3 * 3，那么就是滑动了9次。这样就可以得出输入和输出单通道时计算量 3 * 3 * 3 * 3 = 81。那么对于输入多通道时，卷积核也需要增加相应的通道数目，此时应该在刚才的计算量上乘以通道的数目，得出输入多通道的一个卷积核的计算量。这样，对于输出多通道，总的计算量则是乘以多个卷积核即可。

先来看一个网络： 这是一个简单的CNN的前半部分，不包含全连接层，而且已有一个卷积层和一个池化层，卷积核大小是2X2，步长1，Padding为0，Pooling操作为Max Pooling，大小同样是2x2 先来看正向的计算，卷积操作就没什么好说的了，不了解的可以随便百度一下，下面直接写公式：是节点 的加权输入， 是激活函数ReLU 算出所有的 后，就是Max Pooling了：卷积层和池化层的前向计算都说完了，虽然实际中一般不止一层，不过都是可以套用的，接下来就是全连接层了： 如图所示，max pooling的结果‘拉平"后就是全连接层的输入向量了： 这是之前的一篇关于DNN的推导，就不赘述了： https://www.jianshu.com/p/bed8d5dac958 关于全连接层的误差传播已经知道怎么算了，接下来的问题就是将误差传回池化层及卷积层了：上图中 是FC(全连接)层中输入层的误差，也是池化层的下一层的误差，公式在上面一篇文章中已经讨论了： 而输入层是没有激活函数的，所以 ，即：在得到误差项之后，进一步求Pooling操作之前的误差项，如果Max Pooling如下： 则upsample操作则同样： 推导过程如下： 若x1为最大值，则不难求得下列偏导数：因为只有最大的那一项会队x5产生影响，所以其余项的偏导数都为0，又因为： ，所以：如下图所示：池化层没有参数需要更新，所以只要把误差传给上一层就可以了，接下的问题就是已知卷积层的上一层（也就是正向计算的下一层）误差，求卷积层的误差以及更新卷积核了。 首先已知了上一层所有节点 的误差项 ，来看看如何更新卷积核的梯度。由于任一 都对所有 有影响，根据全导数公式：上面已经讨论过 是节点 的加权输入，所以：最后，就是把误差继续往上一层传递了，如图： 先看几个例子：归纳一下，可以发现如下图的规律： 公式如下： 写成卷积形式：总算写完了，只是后面的有些粗糙，以后有时间再完善吧

一维构筑、二维构筑、全卷积构筑。卷积神经网络（Convolutional Neural Networks, CNN）是一类包含卷积计算且具有深度结构的前馈神经网络（Feedforward Neural Networks），是深度学习（deep learning）的代表算法之一。卷积神经网络具有表征学习（representation learning）能力，能够按其阶层结构对输入信息进行平移不变分类（shift-invariant classification），因此也被称为“平移不变人工神经网络（Shift-Invariant Artificial Neural Networks, SIANN）”。卷积神经网络的连接性：卷积神经网络中卷积层间的连接被称为稀疏连接（sparse connection），即相比于前馈神经网络中的全连接，卷积层中的神经元仅与其相邻层的部分，而非全部神经元相连。具体地，卷积神经网络第l层特征图中的任意一个像素（神经元）都仅是l-1层中卷积核所定义的感受野内的像素的线性组合。卷积神经网络的稀疏连接具有正则化的效果，提高了网络结构的稳定性和泛化能力，避免过度拟合，同时，稀疏连接减少了权重参数的总量，有利于神经网络的快速学习，和在计算时减少内存开销。卷积神经网络中特征图同一通道内的所有像素共享一组卷积核权重系数，该性质被称为权重共享（weight sharing）。权重共享将卷积神经网络和其它包含局部连接结构的神经网络相区分，后者虽然使用了稀疏连接，但不同连接的权重是不同的。权重共享和稀疏连接一样，减少了卷积神经网络的参数总量，并具有正则化的效果。在全连接网络视角下，卷积神经网络的稀疏连接和权重共享可以被视为两个无限强的先验（pirior），即一个隐含层神经元在其感受野之外的所有权重系数恒为0（但感受野可以在空间移动）；且在一个通道内，所有神经元的权重系数相同。

训练神经网络的一个重要 trick 是 warm up，它被广泛应用在各种模型的训练中。它的命名大概是类比了我们参加体育锻炼前的热身运动。warm up 通过操作训练初始阶段的 learning rate，可以使模型参数更快地收敛，并达到更高的精度。 众所周知，learning rate 如果设置的过大，有可能会导致梯度爆炸，同时也有可能会导致难以收敛到更好的 local minima；反之，如果 learning rate 过小，会导致网络训练得太慢。 在训练初期，由于网络参数是随机初始化的， loss 很大，导致 gradient 很大，此时我们希望 learning rate 小一点，防止梯度爆炸；而在训练中期，我们希望 learning rate 大一点，加速网络训练，在训练末期我们希望网络收敛到 local minima，此时 learning rate 也应该小一点。warm up 的一套流程正好迎合了这种需求。 训练初始，warm up 把学习率设置得很小，随着训练的进行，学习率逐渐上升，最终达到正常训练的学习率。这个阶段就是 warm up 的核心阶段。接着，随着训练的进行，我们希望逐渐减小学习率，（learning rate decay），训练完成时，learning rate 降为 0 。 warm up 有几个重要的参数： 事实上，任何一种满足第一部分设计需求的 learning rate 更新策略都可以叫 warm up，这里只实现一种。其中 为训练步数， 。我们可以看到，当 时，初始学习率为 ；随着 的增加，学习率逐渐上升，当 时，学习率为 ，即正式训练的初始学习率。 warm up 阶段结束后，下一步是随着训练的进行，让学习率逐渐降低到 0。这里需要用到两个新的参数：从 (2) 可以看到，当 时， 前面的参数为 1，学习率就是 ；当 时， 前面的参数为 0，学习率为 0 。再观察 ，当 时，学习率线性降低到 0；当 时，括号里面的底数始终是大于 0 小于 1 的，因此它的 次方应该比它本身要大，因此 会让学习率比同时期线性 decay 得到的学习率更大一点；当 时，学习率比同时期线性 decay 的学习率要小。由于学习率最终都是降到了 0，显然应该设置 ，让正式训练初期学习率降得慢一点，而正式训练末期，学习率迅速降低到 0，而不是 导致正式训练初期学习率就降得很快，而正式训练末期学习率降得很慢，拖慢训练进程。 参数： 下面把不同 step 对应的 learning rate 画出来： 可以发现，前 1000 步 warm up 阶段，学习率由 1e-5 迅速上升到正式训练的初始学习率 1e-2，接着，随着迭代步数的增加，学习率缓慢下降，最终降为0。学习率的变化率（斜率）也也很有意思，warm up 初始阶段，斜率很低，学习率增长缓慢，代表需要维持一段时间的低学习率，以让模型更好地热身。快接近 warmup 尾声时，斜率很高，代表学习率增长得很快，以达到正式训练的初始学习率。decay 的初始阶段，学习率下降得较慢，表示需要维持一段时间的高学习率，以加快模型收敛，训练快结束时，学习率迅速下降，以便模型收敛到更好的 local minima。 为了更好地展示上面描述的过程，这里调整一下参数（并非实际训练，实际训练时可参考上面的各种参数配置比例）。

2018年11月20日，在看tensorflow的时候发现还是有很多概念没有理解透彻，发现一个很赞的资源（估计大家都知道的，只有我现在才发现），吴恩达老师在网易云课堂上开的深度学习的 课程 ，感觉很赞.本文实际上是吴恩达卷积神经网络视频学习笔记。 2019年2月14日，再次温故这部分的内容，添加了1.1章节的自问自答，添加了对池化层实现反向传播的方式，添加了激活函数relu和sigmoid的对比。 通过一个3 * 3的每列值相同、第一列为1，第二列为0，第三列为-1的过滤器可以检测垂直的边沿。注意到1表示亮，-1表示暗。这样可以发现正负值的边沿。 对于垂直边缘过滤器而言，重要的是中间一列为0，左右两列的值可以相差尽可能的大。 这个过滤器的数值也是可以通过反向传播算法学习的，不一定需要在算法开始之前就决定。 深度学习甚至可以去学习其他的边沿，无论是45度、73度乃至是其他的角度，虽然比手工要复杂一些，但是确实具有这样的能力。 为什么需要填充？大家都知道，卷积就是用过滤器(f x f)从左到右、从上到下的扫描一个矩阵（n x n）。有两种卷积操作，一种称为valid-conv，一种称为same-conv。每次卷积的时候，过滤器右侧碰到矩阵右边界就结束当前行的扫描，下侧碰到矩阵下边界就结束扫描，因此通过过滤器的图像都会缩小,变为(n-f+1) * (n-f+1)。valid-conv就是这样的卷积操作，而same-conv会在卷积之前填充原始图，使得卷积之后的大小不变。 一般来说，若原图像大小为n * n,过滤器大小为f * f，那么需要padding的大小为p=(f-1)/2。一般来说我们会设置f为奇数，很少看见偶数的过滤器。其中的原因之一就是为了对称填充。另一个原因可能是一般需要将过滤器的中间点用于定位卷积的位置，而偶数过滤器没有中间点。 上面的提到的卷积过程每次只移动一步。实际上过滤器可以移动不止一步，用s表示步长。那么n x n的矩阵输入, f x f的过滤器, p填充padding，以及s步长的情况下，输出的矩阵大小为 (n+2p-f)/2+1 x (n+2p-f)/2+1 ，这里是向下取整的，这意味过滤器只能在输入图像内部移动，不可以移动出边缘。 注意 在tensorflow中，有两种填充方式，一种是same，一种是valid。same是填充，而valid是不填充。如果遇到valid,那么实际计算矩阵大小的时候，是向上取整，而不是这里提到的向下取整。如果是same模式，那么最后的矩阵形状是n/s,也是向上取整 上面提到的卷积的输入是n x n的，这一般是灰度图像。对应彩色图像则存在RGB三个颜色channel,这样的图片是n x n x 3。此时的过滤器也必须存在第三个维度，即channel维度，且一个过滤器的channel维度必须和输入的channel维度一致。这样的卷积结果就是三个维度上，过滤器和输入的重叠位置乘积之和。最后的输出是(n - f + 1) x ( n - f +1)的。 注意，输出是二维的 我们可以使用N个不同的过滤器得到不同的N个二维输出，按照输入的格式将其叠起来，这样输出就是 (n - f + 1) x ( n - f +1) x N了。 在上面一节中已经讲了如何得到输入和一个过滤器卷积之后的结果。通常会给卷积的结果添加一个偏执，然后使用非线性的函数进行处理，得到的就是这层网络的输出。将过滤器的参数标记为W，偏置为 b（一个channel的输出矩阵Wa的偏置是一个实数，而非一个矩阵。一个layer的偏置b的维度和通道数channel一致） , 输入数据为上层的激活值。这样每个过滤器处理之后的结果就可以看成是经过了该layer一个节点之后的输出。 下面是每层的符号标记，以及根据上一层计算下一层输入大小的公式，右下角是使用BP学习更新的时候参数更新的次数。可以看到每层的参数的个数只和这层的filter的大小、数目有关，而和输入的规模无关。这样就可以通过控制参数的数量避免过拟合了。 可以从下面的课件中看到，卷积神经网络的趋势是长度和高度逐渐减少，而channel逐渐加深。最后一层会将卷积层平铺开来，形成一个全连接。全连接层会连接到最后一个判别函数上，判别函数可以是logistic或者softmax层，用于输出类别或者概率。 一般情况下，卷积网络除了卷积层之外，还会有池化层和全连接层，这些层可以提供更好的学习。 池化层一般在卷积层之后，可以也可以看成一个过滤器，实际上实现的一个采样的功能，其主要的思想是，着重提取具有某种倾向的特征，比如最大池化对应的是更显著的特征；平均池化对应的是更加平滑的特征。过滤器有几点不同 一般常用的池化层有max_pooling和average_pooling.max_pooling更加常用。 ，最大池化层意味着检测某个特征，并始终将这个特征留在池化层的输出中 。 池化层的输入n x n x nc，过滤器 f x f,步长s,输出 ((n-f)/s+1) x ((n-f)/s+1) * nc。 一般取s=2,这意味着输入的长宽减小一半。 比较好奇的一个问题是，池化层的存在对反向传播有什么影响？我们都知道在传统的神经网络中，反向传播算法实际上就是利用函数的梯度进行反向传播的，那么池化层这种既改变了矩阵大小又不好求导的情况，怎么处理呢？ （下面的内容来自 迷川浩浩_ZJU 的博客 ） mean pooling的前向传播就是把一个patch中的值求取平均来做pooling，那么反向传播的过程也就是把某个元素的梯度等分为n份分配给前一层，这样就保证池化前后的梯度（残差）之和保持不变，还是比较理解的。mean pooling比较容易让人理解错的地方就是会简单的认为直接把梯度复制N遍之后直接反向传播回去，但是这样会造成loss之和变为原来的N倍，网络是会产生梯度爆炸的。 2、max pooling max pooling也要满足梯度之和不变的原则，max pooling的前向传播是把patch中最大的值传递给后一层，而其他像素的值直接被舍弃掉。那么反向传播也就是把梯度直接传给前一层某一个像素，而其他像素不接受梯度，也就是为0。所以max pooling操作和mean pooling操作不同点在于需要记录下池化操作时到底哪个像素的值是最大，也就是max id 一般概念上的一层包括卷积层和池化层，之所以不把池化层当做新的一层是因为池化层没有需要学习的参数，一般意义上的layer是有权重和参数需要学习的。 尽量不要自己设置超参数，而是尽量参考别人论文里面使用的超参数，选择一个在别人任务中效果很好的超参数。 下面的表中列举了上面的网络每一层的数据规模a^(l)以及参数数量。可以发现数据的规模逐渐减小。主卷积层的参数比较少，而进入全连接层之后参数数量很大。（表格中最后三列的参数数量可能存在错误，应该是48000 + 120, 120 * 84 + 84, 84 * 10 + 10） 以上的两个特征可以明显的减少参数。减少过拟合 (内容来自 迷川浩浩_ZJU 的博客 ） 常用的激活函数有sigmoid函数和relu函数. Relu(x)={if x>0 then x;else 0}为了在反向传播算法中可以正常使用，将其在x=0x=0处的导数置为1，所以它的导数也就变为了 δRelu(x)={if x>0 then 1 else 0} Relu是一个非常优秀的激活哈数，相比较于传统的Sigmoid函数，有三个作用

一般来说，卷积核越大，对于图像特征值获取的效果越好，但是对应地，需要训练的参数就越多，因此会应当到运算能力，进一步影响到图像识别的整体效率。与之对应，卷积核越小，图像识别过程中的精细程度就会有所提升，但是想要获取到同样水平的图像特征，只能依赖更多的计算层数。

数据输入的是一张图片（输入层），CONV表示卷积层，RELU表示激励层，POOL表示池化层，Fc表示全连接层 全连接神经网络需要非常多的计算资源才能支撑它来做反向传播和前向传播，所以说全连接神经网络可以存储非常多的参数，如果你给它的样本如果没有达到它的量级的时候，它可以轻轻松松把你给他的样本全部都记下来，这会出现过拟合的情况。 所以我们应该把神经元和神经元之间的连接的权重个数降下来，但是降下来我们又不能保证它有较强的学习能力，所以这是一个纠结的地方，所以有一个方法就是 局部连接+权值共享 ，局部连接+权值共享不仅权重参数降下来了，而且学习能力并没有实质的降低，除此之外还有其它的好处，下来看一下，下面的这几张图片： 一个图像的不同表示方式 这几张图片描述的都是一个东西，但是有的大有的小，有的靠左边，有的靠右边，有的位置不同，但是我们构建的网络识别这些东西的时候应该是同一结果。为了能够达到这个目的，我们可以让图片的不同位置具有相同的权重（权值共享），也就是上面所有的图片，我们只需要在训练集中放一张，我们的神经网络就可以识别出上面所有的，这也是 权值共享 的好处。 而卷积神经网络就是局部连接+权值共享的神经网络。 现在我们对卷积神经网络有一个初步认识了，下面具体来讲解一下卷积神经网络，卷积神经网络依旧是层级结构，但层的功能和形式做了改变，卷积神经网络常用来处理图片数据，比如识别一辆汽车： 在图片输出到神经网络之前，常常先进行图像处理，有 三种 常见的图像的处理方式： 均值化和归一化 去相关和白化 图片有一个性质叫做局部关联性质，一个图片的像素点影响最大的是它周边的像素点，而距离这个像素点比较远的像素点二者之间关系不大。这个性质意味着每一个神经元我们不用处理全局的图片了（和上一层全连接），我们的每一个神经元只需要和上一层局部连接，相当于每一个神经元扫描一小区域，然后许多神经元（这些神经元权值共享）合起来就相当于扫描了全局，这样就构成一个特征图，n个特征图就提取了这个图片的n维特征，每个特征图是由很多神经元来完成的。 在卷积神经网络中，我们先选择一个局部区域（filter），用这个局部区域（filter）去扫描整张图片。 局部区域所圈起来的所有节点会被连接到下一层的 一个节点上 。我们拿灰度图（只有一维）来举例： 局部区域 图片是矩阵式的，将这些以矩阵排列的节点展成了向量。就能更好的看出来卷积层和输入层之间的连接，并不是全连接的，我们将上图中的红色方框称为filter，它是2*2的，这是它的尺寸，这不是固定的，我们可以指定它的尺寸。 我们可以看出来当前filter是2*2的小窗口，这个小窗口会将图片矩阵从左上角滑到右下角，每滑一次就会一下子圈起来四个，连接到下一层的一个神经元，然后产生四个权重，这四个权重(w1、w2、w3、w4)构成的矩阵就叫做卷积核。 卷积核是算法自己学习得到的，它会和上一层计算，比如，第二层的0节点的数值就是局部区域的线性组合（w1 0+w2 1+w3 4+w4 5），即被圈中节点的数值乘以对应的权重后相加。 卷积核计算 卷积操作 我们前面说过图片不用向量表示是为了保留图片平面结构的信息。 同样的，卷积后的输出若用上图的向量排列方式则丢失了平面结构信息。 所以我们依然用矩阵的方式排列它们，就得到了下图所展示的连接，每一个蓝色结点连接四个黄色的结点。 卷积层的连接方式 图片是一个矩阵然后卷积神经网络的下一层也是一个矩阵，我们用一个卷积核从图片矩阵左上角到右下角滑动，每滑动一次，当然被圈起来的神经元们就会连接下一层的一个神经元，形成参数矩阵这个就是卷积核，每次滑动虽然圈起来的神经元不同，连接下一层的神经元也不同，但是产生的参数矩阵确是一样的，这就是 权值共享 。 卷积核会和扫描的图片的那个局部矩阵作用产生一个值，比如第一次的时候，（w1 0+w2 1+w3 4+w4 5），所以，filter从左上到右下的这个过程中会得到一个矩阵（这就是下一层也是一个矩阵的原因），具体过程如下所示： 卷积计算过程 上图中左边是图矩阵，我们使用的filter的大小是3 3的，第一次滑动的时候，卷积核和图片矩阵作用（1 1+1 0+1 1+0 0+1 1+1 0+0 1+0 0+1 1）=4，会产生一个值，这个值就是右边矩阵的第一个值，filter滑动9次之后，会产生9个值，也就是说下一层有9个神经元，这9个神经元产生的值就构成了一个矩阵，这矩阵叫做特征图，表示image的某一维度的特征，当然具体哪一维度可能并不知道，可能是这个图像的颜色，也有可能是这个图像的轮廓等等。 单通道图片总结 ：以上就是单通道的图片的卷积处理，图片是一个矩阵，我们用指定大小的卷积核从左上角到右下角来滑动，每次滑动所圈起来的结点会和下一层的一个结点相连，连接之后就会形成局部连接，每一条连接都会产生权重，这些权重就是卷积核，所以每次滑动都会产生一个卷积核，因为权值共享，所以这些卷积核都是一样的。卷积核会不断和当时卷积核所圈起来的局部矩阵作用，每次产生的值就是下一层结点的值了，这样多次产生的值组合起来就是一个特征图，表示某一维度的特征。也就是从左上滑动到右下这一过程中会形成一个特征图矩阵（共享一个卷积核），再从左上滑动到右下又会形成另一个特征图矩阵（共享另一个卷积核），这些特征图都是表示特征的某一维度。 三个通道的图片如何进行卷积操作？ 至此我们应该已经知道了单通道的灰度图是如何处理的，实际上我们的图片都是RGB的图像，有三个通道，那么此时图像是如何卷积的呢？ 彩色图像 filter窗口滑的时候，我们只是从width和height的角度来滑动的，并没有考虑depth，所以每滑动一次实际上是产生一个卷积核，共享这一个卷积核，而现在depth=3了，所以每滑动一次实际上产生了具有三个通道的卷积核（它们分别作用于输入图片的蓝色、绿色、红色通道），卷积核的一个通道核蓝色的矩阵作用产生一个值，另一个和绿色的矩阵作用产生一个值，最后一个和红色的矩阵作用产生一个值，然后这些值加起来就是下一层结点的值，结果也是一个矩阵，也就是一张特征图。 三通道的计算过程 要想有多张特征图的话，我们可以再用新的卷积核来进行左上到右下的滑动，这样就会形成 新的特征图 。 三通道图片的卷积过程 也就是说增加一个卷积核，就会产生一个特征图，总的来说就是输入图片有多少通道，我们的卷积核就需要对应多少通道，而本层中卷积核有多少个，就会产生多少个特征图。这样卷积后输出可以作为新的输入送入另一个卷积层中处理，有几个特征图那么depth就是几，那么下一层的每一个特征图就得用相应的通道的卷积核来对应处理，这个逻辑要清楚，我们需要先了解一下 基本的概念： 卷积计算的公式 4x4的图片在边缘Zero padding一圈后，再用3x3的filter卷积后，得到的Feature Map尺寸依然是4x4不变。 填充 当然也可以使用5x5的filte和2的zero padding可以保持图片的原始尺寸，3x3的filter考虑到了像素与其距离为1以内的所有其他像素的关系，而5x5则是考虑像素与其距离为2以内的所有其他像素的关系。 规律： Feature Map的尺寸等于 (input_size + 2 * padding_size u2212 filter_size)/stride+1 我们可以把卷积层的作用 总结一点： 卷积层其实就是在提取特征，卷积层中最重要的是卷积核（训练出来的），不同的卷积核可以探测特定的形状、颜色、对比度等，然后特征图保持了抓取后的空间结构，所以不同卷积核对应的特征图表示某一维度的特征，具体什么特征可能我们并不知道。特征图作为输入再被卷积的话，可以则可以由此探测到"更大"的形状概念，也就是说随着卷积神经网络层数的增加，特征提取的越来越具体化。 激励层的作用可以理解为把卷积层的结果做 非线性映射 。 激励层 上图中的f表示激励函数，常用的激励函数几下几种： 常用的激励函数 我们先来看一下激励函数Sigmoid导数最小为0，最大为1/4， 激励函数Sigmoid Tanh激活函数：和sigmoid相似，它会关于x轴上下对应，不至于朝某一方面偏向 Tanh激活函数 ReLU激活函数（修正线性单元)：收敛快，求梯度快，但较脆弱，左边的梯度为0 ReLU激活函数 Leaky ReLU激活函数：不会饱和或者挂掉，计算也很快，但是计算量比较大 Leaky ReLU激活函数 一些激励函数的使用技巧 ：一般不要用sigmoid，首先试RELU，因为快，但要小心点，如果RELU失效，请用Leaky ReLU，某些情况下tanh倒是有不错的结果。 这就是卷积神经网络的激励层，它就是将卷积层的线性计算的结果进行了非线性映射。可以从下面的图中理解。它展示的是将非线性操作应用到一个特征图中。这里的输出特征图也可以看作是"修正"过的特征图。如下所示： 非线性操作 池化层：降低了各个特征图的维度，但可以保持大分重要的信息。池化层夹在连续的卷积层中间，压缩数据和参数的量，减小过拟合，池化层并没有参数，它只不过是把上层给它的结果做了一个下采样（数据压缩）。下采样有 两种 常用的方式： Max pooling ：选取最大的，我们定义一个空间邻域（比如，2x2 的窗口），并从窗口内的修正特征图中取出最大的元素，最大池化被证明效果更好一些。 Average pooling ：平均的，我们定义一个空间邻域（比如，2x2 的窗口），并从窗口内的修正特征图算出平均值 Max pooling 我们要注意一点的是：pooling在不同的depth上是分开执行的，也就是depth=5的话，pooling进行5次，产生5个池化后的矩阵，池化不需要参数控制。池化操作是分开应用到各个特征图的，我们可以从五个输入图中得到五个输出图。 池化操作 无论是max pool还是average pool都有分信息被舍弃，那么部分信息被舍弃后会损坏识别结果吗？ 因为卷积后的Feature Map中有对于识别物体不必要的冗余信息，我们下采样就是为了去掉这些冗余信息，所以并不会损坏识别结果。 我们来看一下卷积之后的冗余信息是怎么产生的？ 我们知道卷积核就是为了找到特定维度的信息，比如说某个形状，但是图像中并不会任何地方都出现这个形状，但卷积核在卷积过程中没有出现特定形状的图片位置卷积也会产生一个值，但是这个值的意义就不是很大了，所以我们使用池化层的作用，将这个值去掉的话，自然也不会损害识别结果了。 比如下图中，假如卷积核探测"横折"这个形状。 卷积后得到3x3的Feature Map中，真正有用的就是数字为3的那个节点，其余数值对于这个任务而言都是无关的。 所以用3x3的Max pooling后，并没有对"横折"的探测产生影响。 试想在这里例子中如果不使用Max pooling，而让网络自己去学习。 网络也会去学习与Max pooling近似效果的权重。因为是近似效果，增加了更多的参数的代价，却还不如直接进行最大池化处理。 最大池化处理 在全连接层中所有神经元都有权重连接，通常全连接层在卷积神经网络尾部。当前面卷积层抓取到足以用来识别图片的特征后，接下来的就是如何进行分类。 通常卷积网络的最后会将末端得到的长方体平摊成一个长长的向量，并送入全连接层配合输出层进行分类。比如，在下面图中我们进行的图像分类为四分类问题，所以卷积神经网络的输出层就会有四个神经元。 四分类问题 我们从卷积神经网络的输入层、卷积层、激活层、池化层以及全连接层来讲解卷积神经网络，我们可以认为全连接层之间的在做特征提取，而全连接层在做分类，这就是卷积神经网络的核心。

实施池化的目的：(1) 降低信息冗余；(2) 提升模型的尺度不变性、旋转不变性；(3) 防止过拟合。 池化层的常见操作包含以下几种：最大值池化，均值池化，随机池化，中值池化，组合池化等。 其中更为常用的池化方法是最大池化（max-pooling）和均值池化（mean-pooling）。 1 最大池化（max-pooling）即取局部接受域中值最大的点。 2 最大值池化的优点在于它能学习到图像的边缘和纹理结构。 3 根据相关理论，特征提取的误差主要来自两个方面： （1）邻域大小受限造成的估计值方差增大； （2）卷积层参数误差造成估计均值的偏移。 一般来说，mean-pooling能减小第一种误差，更多的保留图像的背景信息，max-pooling能减小第二种误差，更多的保留纹理信息。与mean-pooling近似，在局部意义上，则服从max-pooling的准则。 max-pooling卷积核的大小一般是2×2。 非常大的输入量可能需要4x4。 但是，选择较大的形状会显着降低信号的尺寸，并可能导致信息过度丢失。 通常，不重叠的池化窗口表现最好。 输出： 若将self.maxpool1 = MaxPool2d(kernel_size=3,ceil_mode=False)中ceil_mode=True， 则输出： 使用tensorboard --logdir=logs/P15_logs命令打开tensorboard 参考资料： 1. https://zhuanlan.zhihu.com/p/77040467 2. https://baike.baidu.com/item/%E6%9C%80%E5%A4%A7%E6%B1%A0%E5%8C%96/22692585?fr=aladdin 3. https://www.bilibili.com/video/BV1hE411t7RN?p=19

2.如何在卷积神经网络中使用池化层？如何在卷积神经网络中使用池化层？卷积神经网络（ConvolutionalNeuralNetworks，CNN）的池化层，在图像识别和分析领域中起着至关重要的作用。本文将详细介绍如何在CNN中使用池化层，帮助读者了解池化层的定义、作用、类型和使用方法等。1.池化层的定义池化层是CNN中的一种层，其主要作用是减少数据的维度，实现对数据降维的目的。其通过滑动窗口对相邻区域内的数据进行聚合处理，以减少数据量，同时保留了数据集的主要特征。2.池化层的作用池化层的作用有多个方面：（1）减小数据的维度：池化层可减小输入的数据集大小，有利于避免CNN中的过拟合问题。（2）减小计算量：在CNN计算时，池化层可以减小数据集的大小，从而减少计算量和计算时间。（3）增强数据集的不变性：通过池化层的运算，数据集的不变性可以被加强，使得输入数据在不同点、角度、大小等条件下具有相同的特征。3.池化层的类型池化层主要分为平均池化和最大池化两种类型。（1）平均池化：平均池化是对池化区域内的数据进行平均值处理，以减小数据量的同时保留数据的主要特征。（2）最大池化：最大池化是对池化区域内的数据进行最大值选取，并将其作为池化后的值。最大池化可以较好地保留数据集的主要特征。4.池化层的使用方法池化层一般与卷积层交替使用，其结构如下：{input}->[Conv2D]->[Activation]->[Pooling]->[Conv2D]->[Activation]->[Pooling]->池化层的使用方法如下：（1）定义池化区域的大小：一般情况下，池化区域大小为22，实现数据的较为精确压缩。（2）定义池化方式：根据实际处理的数据集选择合适的池化方式，一般为平均池化或最大池化。（3）选取步长：步长表示池化滑动的步长，其值一般为2或3，以减少数据量和计算时间。（4）设置填充方式：如需要在数据的周围填充数据，可以设置填充方式为valid或same。（5）实现池化：利用Keras或TensorFlow等深度学习框架，可以轻松地实现池化操作。综上所述，使用池化层可以有效地减少卷积神经网络的计算量，缩短模型训练的时间，同时保留数据的主要特征，提升模型的准确性。在使用池化层时，需要根据数据集的实际情况选择合适的池化方式和参数等，才能获得更好的分类结果。

理论在于，图像中相邻位置的像素是相关的。对一幅图像每隔一行采样，得到的结果依然能看。一、卷积神经网受Hubel和Wiesel对猫视觉皮层电生理研究启发，有人提出卷积神经网络（CNN），Yann Lecun 最早将CNN用于手写数字识别并一直保持了其在该问题的霸主地位。近年来卷积神经网络在多个方向持续发力，在语音识别、人脸识别、通用物体识别、运动分析、自然语言处理甚至脑电波分析方面均有突破。卷积神经网络与普通神经网络的区别在于，卷积神经网络包含了一个由卷积层和子采样层构成的特征抽取器。在卷积神经网络的卷积层中，一个神经元只与部分邻层神经元连接。在CNN的一个卷积层中，通常包含若干个特征平面(featureMap)，每个特征平面由一些矩形排列的的神经元组成，同一特征平面的神经元共享权值，这里共享的权值就是卷积核。卷积核一般以随机小数矩阵的形式初始化，在网络的训练过程中卷积核将学习得到合理的权值。共享权值（卷积核）带来的直接好处是减少网络各层之间的连接，同时又降低了过拟合的风险。子采样也叫做池化（pooling），通常有均值子采样（mean pooling）和最大值子采样（max pooling）两种形式。子采样可以看作一种特殊的卷积过程。卷积和子采样大大简化了模型复杂度，减少了模型的参数。三、卷积神经网络的原理3.1 神经网络首先介绍神经网络，这一步的详细可以参考资源1。简要介绍下。神经网络的每个单元如下：对应的公式如下：其对应的公式如下：比较类似的，可以拓展到有2,3,4,5，…个隐含层。神经网络的训练方法也同Logistic类似，不过由于其多层性，还需要利用链式求导法则对隐含层的节点进行求导，即梯度下降+链式求导法则，专业名称为反向传播。关于训练算法，本文暂不涉及。

LeNet神经网络由深度学习三巨头之一的Yan LeCun提出，他同时也是卷积神经网络 (CNN，Convolutional Neural Networks)之父。LeNet主要用来进行手写字符的识别与分类，并在美国的银行中投入了使用。LeNet的实现确立了CNN的结构，现在神经网络中的许多内容在LeNet的网络结构中都能看到，例如卷积层，Pooling层，ReLU层。虽然LeNet早在20世纪90年代就已经提出了，但由于当时缺乏大规模的训练数据，计算机硬件的性能也较低，因此LeNet神经网络在处理复杂问题时效果并不理想。虽然LeNet网络结构比较简单，但是刚好适合神经网络的入门学习。 LeNet的神经网络结构图如下： LeNet网络的执行流程图如下： 接下来我们来具体的一层层的分析LeNet的网络结构。首先要了解图像（输入数据）的表示。在LeNet网络中，输入图像是手写字符，图像的表示形式为二维数据矩阵，如下图所示： LeNet网络除去输入输出层总共有六层网络。第一层是卷积层（C1层），卷积核的大小为 5*5 ，卷积核数量为 6 个，输入图像的大小为 32*32 ，因此输入数据在进行第一层卷积之后，输出结果为大小为 28*28 ，数量为 6 个的feature map。卷积操作如下面两幅图所示： 卷积操作的过程可描述为：卷积核在图像上滑动，滑动步长为1（即每次移动一格，水平方向从左到右，到最右边之后再从最左边开始，向下移动一格，重复从左到右滑动），当卷积核与图像的一个局部块重合时进行卷积运行，卷积计算方式为图像块对应位置的数与卷积核对应位置的数相乘，然后将所有相乘结果相加即为feature map的值， 相乘累加之后的结果位于卷积核中心点的位置 ，因此如果是 3*3 的卷积核，feature map比原图像在水平和垂直方向上分别减少两行（上下各一行）和两列（左右各一列），因此上面图像原图为 5*5 ，卷积核为 3*3 ，卷积结果大小为 3*3 ，即 (5-2)*(5-2) ，如果卷积核为 5*5 ，则卷积结果大小为 (5-4)*(5-4) 。上图中的卷积核为： 由于神经网络层与层的结构是通过连接来实现的，因此输入层与第一个卷积层的连接数量应为 (32-2-2)*(32-2-2)*(5*5+1)*6= 28*28*156 =122304 。 卷积的作用主要是：通过卷积运算，可以使原信号特征增强，并且降低噪音。在图像上卷积之后主要是减少图像噪声，提取图像的特征。例如sobel算子就是一种卷积运算，主要是提取图像的边缘特征。卷积网络能很好地适应图像的平移不变性：例如稍稍移动一幅猫的图像，它仍然是一幅猫的图像。卷积操作保留了图像块之间的空间信息，进行卷积操作的图像块之间的相对位置关系没有改变。图像在不同卷积核上进行卷积之后的效果图如下： 图像在LeNet网络上进行第一层卷积之后，结果为大小为 28*28 ，数量为 6 个的feature map。LeNet网络的第二层为pooling层（S2层），也称为下采样。在图像处理中，下采样之后，图像的大小会变为原来的 1/4 ，即水平方向和垂直方向上图像大小分别减半。Pooling有多种，这里主要介绍两种，max-pooling和average-pooling。max-pooling即为从四个元素中选取一个最大的来表示这四个元素，average-pooling则用四个元素的平均值来表示这四个元素。Pooling示意图如下： 在LeNet在进行第二层Pooling运算后，输出结果为 14*14 的 6 个feature map。其连接数为 (2*2+1) * 14 * 14 *6 = 5880 。Pooling层的主要作用就是减少数据，降低数据纬度的同时保留最重要的信息。在数据减少后，可以减少神经网络的纬度和计算量，可以防止参数太多过拟合。LeNet在这一层是将四个元素相加，然后乘以参数w再加上偏置b，然后计算sigmoid值。 LeNet第三层（C3层）也是卷积层，卷积核大小仍为 5*5 ，不过卷积核的数量变为 16 个。第三层的输入为 14*14 的 6 个feature map，卷积核大小为 5*5 ，因此卷积之后输出的feature map大小为 10*10 ，由于卷积核有 16 个，因此希望输出的feature map也为 16 个，但由于输入有 6 个feature map，因此需要进行额外的处理。输入的 6 个feature map与输出的 16 个feature map的关系图如下： 如上图所示，第一个卷积核处理前三幅输入的feature map，得出一个新的feature map。 上一层卷积运算之后，结果为大小为 10*10 的 16 个feature map，因此在第四层（S4层）进行pooling运算之后，输出结果为 16 个大小为 5*5 的feature map。与S2层进行同样的操作。 LeNet第五层是卷积层(C5层)，卷积核数目为120个，大小为 5*5 ，由于第四层输出的feature map大小为 5*5 ，因此第五层也可以看成全连接层，输出为120个大小为 1*1 的feature map。 LeNet第六层是全连接层（F6层），有84个神经元（84与输出层的设计有关），与C5层全连接。 LeNet神经网络结构在Caffe中的配置文件如下： 参考资料： 1. https://ujjwalkarn.me/2016/08/11/intuitive-explanation-convnets/

cnn里面池化的作用：增大感受野。所谓感受野，即一个像素对应回原图的区域大小，假如没有pooling，一个3*3，步长为1的卷积，那么输出的一个像素的感受野就是3*3的区域，再加一个stride=1的3*3卷积，则感受野为5*5。假如我们在每一个卷积中间加上3*3的pooling呢？很明显感受野迅速增大，这就是pooling的一大用处。感受野的增加对于模型的能力的提升是必要的，正所谓“一叶障目则不见泰山也”。正确率下降的原因：池化层往往跟在卷积层后面。通过平均池化或者最大池化的方法将之前卷基层得到的特征图做一个聚合统计。假设L层的卷积层得到的某一特征图有100*100这么大的尺寸。选一个2*2的区域做不重叠的最大池化，池化层会输出50*50那么大的图，达到降低数据量的目的。采样层的作用可以等效为正则化，可以降低模型的耦合度，所以去掉的话准确率降低是正常的。如果不加池化层应该保留原始数据，只影响模型训练速度是不影响性能的。总结如下：因为图像具有一种“静态性”的属性，这也就意味着在一个图像区域有用的特征极有可能在另一个区域同样适用。例如，卷积层输出的特征图中两个相连的点的特征通常会很相似，假设a[0,0]，a[0,1]，a[1,0]，a[1,1]都表示颜色特征是红色，没有必要都保留作下一层的输入。池化层可以将这四个点做一个整合，输出红色这个特征。可以达到降低模型的规模，加速训练的目的。

灰度共生矩阵应用到segnet网络操作方法。1、灰度共生矩阵是涉及像素距离和角度的矩阵函数，它通过计算图像中一定距离和一定方向的两点灰度之间的相关性，来反映图像在方向、间隔、变化幅度及快慢上的综合信息。2、灰度直方图是对图像上单个像素具有某个灰度进行统计的结果，而灰度共生矩阵是对图像上保持某距离的两像素分别具有某灰度的状况进行统计得到的。

可以选择默认的类数，也可以自己设定。建议不要超过9个类别。

结构层不一样。1、SOM是一种比较简单的神经网络，只有一层神经网络。2、BP网络具有三层结构。

可以用GA来优化BP网络的初始权值，再用SA来训练网络。也可直接将两种算法融合。具体看你想怎么做。附件是一个基于Matlab的SA/GA融合程序，和你的要求不同，但是可以参考。模拟退火算法来源于固体退火原理，将固体加温至充分高，再让其徐徐冷却，加温时，固体内部粒子随温升变为无序状，内能增大，而徐徐冷却时粒子渐趋有序，在每个温度都达到平衡态，最后在常温时达到基态，内能减为最小。

有了优化目标，写出目标函数，直接优化。

你提供的代码是一个基本的BP神经网络训练过程。一般都是用GA训练，之后再用改进动量法继续训练，直至最后达到目标。遗传算法（Genetic Algorithm）是模拟达尔文生物进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模型，是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法。遗传算法是从代表问题可能潜在的解集的一个种群（population）开始的，而一个种群则由经过基因（gene）编码的一定数目的个体(individual)组成。每个个体实际上是染色体(chromosome)带有特征的实体。染色体作为遗传物质的主要载体，即多个基因的集合，其内部表现（即基因型）是某种基因组合，它决定了个体的形状的外部表现，如黑头发的特征是由染色体中控制这一特征的某种基因组合决定的。

人工神经网络（Artificial Neural Network，即ANN ），是20世纪80 年代以来人工智能领域兴起的研究热点。它从信息处理角度对人脑神经元网络进行抽象， 建立某种简单模型，按不同的连接方式组成不同的网络。在工程与学术界也常直接简称为神经网络或类神经网络。神经网络是一种运算模型，由大量的节点（或称神经元）之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数，称为激励函数（activation function）。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值，称之为权重，这相当于人工神经网络的记忆。网络的输出则依网络的连接方式，权重值和激励函数的不同而不同。而网络自身通常都是对自然界某种算法或者函数的逼近，也可能是对一种逻辑策略的表达。最近十多年来，人工神经网络的研究工作不断深入，已经取得了很大的进展，其在模式识别、智能机器人、自动控制、预测估计、生物、医学、经济等领域已成功地解决了许多现代计算机难以解决的实际问题，表现出了良好的智能特性。中文名人工神经网络外文名artificial neural network别称ANN应用学科人工智能适用领域范围模式分类精品荐读“蠢萌”的神经网络作者：牛油果进化论快速导航基本特征发展历史网络模型学习类型分析方法特点优点研究方向发展趋势应用分析神经元如图所示a1~an为输入向量的各个分量w1~wn为神经元各个突触的权值b为偏置f为传递函数，通常为非线性函数。以下默认为hardlim()t为神经元输出数学表示 t=f(WA"+b)W为权向量A为输入向量，A"为A向量的转置b为偏置f为传递函数可见，一个神经元的功能是求得输入向量与权向量的内积后，经一个非线性传递函数得到一个标量结果。单个神经元的作用：把一个n维向量空间用一个超平面分割成两部分（称之为判断边界），给定一个输入向量，神经元可以判断出这个向量位于超平面的哪一边。该超平面的方程: Wp+b=0W权向量b偏置p超平面上的向量基本特征人工神经网络是由大量处理单元互联组成的非线性、自适应信息处理系统。它是在现代神经科学研究成果的基础上提出的，试图通过模拟大脑神经网络处理、记忆信息的方式进行信息处理。人工神经网络具有四个基本特征：（1）非线性 非线性关系是自然界的普遍特性。大脑的智慧就是一种非线性现象。人工神经元处于激活或抑制二种不同的状态，这种行为在数学上表现为一种非线性关系。具有阈值的神经元构成的网络具有更好的性能，可以提高容错性和存储容量。人工神经网络（2）非局限性 一个神经网络通常由多个神经元广泛连接而成。一个系统的整体行为不仅取决于单个神经元的特征，而且可能主要由单元之间的相互作用、相互连接所决定。通过单元之间的大量连接模拟大脑的非局限性。联想记忆是非局限性的典型例子。（3）非常定性 人工神经网络具有自适应、自组织、自学习能力。神经网络不但处理的信息可以有各种变化，而且在处理信息的同时，非线性动力系统本身也在不断变化。经常采用迭代过程描写动力系统的演化过程。（4）非凸性 一个系统的演化方向，在一定条件下将取决于某个特定的状态函数。例如能量函数，它的极值相应于系统比较稳定的状态。非凸性是指这种函数有多个极值，故系统具有多个较稳定的平衡态，这将导致系统演化的多样性

研究生神经网络方面发文章怎么样，好不好发 要看你写的怎么样咯，现在神经网络方面大体上已经比较完善了，你要选择一个很细的点来做研究，审稿人觉得你这研究有理有据，之前没人细致研究过你这个点，就很容易发啦 MATLAB神经网络超级学习手册怎么样，好不好 由浅入深，循序渐进：本书以初中级读者为对象，首先从MATLAB使用基础讲起，再以神经网络在MATLAB中的应用案例帮助读者尽快掌握神经网络设计的技能。 步骤详尽、内容新颖：本书结合作者多年MATLAB神经网络使用经验与实际工程应用案例，将MATLAB软件的使用方法与技巧详细地讲解给读者，使读者在阅读时一目了然，从而快速把握书中所讲内容。 重点突出，轻松易学：通过学习实际工程应用案例的具体操作是掌握神经网络设计最好的方式。本书通过综合应用案例，透彻详尽的讲解了神经网络在各方面的应用。 个人觉得基础和入门的话，很好。 这本书内容挺全的，包括了目前所有中累的神经网络，前馈 反馈 随机网络等，是学习上网络入门的较好的书 什么公司研究神经网络 神经网络是数据处理工具，是一种实现数据分类，预测以及拟合等功能的手段，各种行业都有用到，房地产，金融，机械，当然最直接的是高校，计算机，信息，自动化以及数学专业对这个一般比较在行，应该没有专门从事这个行业的公司，如果有也应该是研发部门 bp神经网络研究现状 BP网络的误差逆传播算法因有中间隐含层和相应的学习规则，使得它具有很 强的非线性映射能力，而且网络的中间层数、各层神经元个数及网络的学习系数 等参数可以根据实际情况设定，有很大的灵活性，且能够识别含有噪声的样本， 经过学习能够把样本隐含的特征和规则分布在神经网络的连接权上。总的说来， BP网络的优点主要有： (1)算法推导清楚，学习精度较高；(2)经过训练后的BP网络，运行速度很快，有 的可用于实时处理；(3)多层(至少三层)BP网络具有理论上逼近任意非线性连续 函数的能力，也就是说，可以使多层前馈神经网络学会任何可学习的东西，而信 息处理的大部分问题都能归纳为数学映射，通过选择一定的非线性和连接强度调 节规律，BP网络就可解决任何一个信息处理的问题。目前，在手写字体的识别、 语音识别、文本一语言转换、图像识别以及生物医学信号处理方面已有实际的应 用。 同时BP算法与其它算法一样，也存在自身的缺陷： (1)由于该算法采用误差导数指导学习过程，在存在较多局部极小点的情况下容易陷入局部极小点，不能保证收敛到全局最小点：(2)存在学习速度与精度之间的矛盾，当学习速度较快时，学习过程容易产生振荡，难以得到精确结果，而当学习速度较慢时，虽然结果的精度较高，但学习周期太长：(3)算法学习收敛速度慢；(4)网络学习记忆具有不稳定性，即当给一个训练好的网络提供新的学习记忆模式时，将使已有的连接权值打乱，导致已记忆的学习模式的信息消失；(5)网络中间层(隐含层)的层数及它的单元数的选取无理论上的指导，而是根据经验确定，因此网络的设计有时不一定是最佳的方案。 干什么都神经网络，神经网络究竟怎样 我只能说很强大，和人的神经很像，通过学习可以辨别事物，预判事物，但也和人一样有确定 就是难免会认错人，人工神经网络就是模拟了人的生物神经网络 bp神经网络和rbf神经网络 哪个 神经网络可以指向两种，一个是生物神经网络，一个是人工神经网络。 生物神经网络：一般指生物的大脑神经元，细胞，触点等组成的网络，用于产生生物的意识，帮助生物进行思考和行动。 人工神经网络（Artificial Neural Neorks，简写为ANNs）也简称为神经网络（NNs）或称作连接模型（Connection Model），它是一种模仿动物神经网络行为特征，进行分布式并行信息处理的算法数学模型。这种网络依靠系统的复杂程度，通过调整内部大量节点之间相互连接的关系，从而达到处理信息的目的。 人工神经网络：是一种应用类似于大脑神经突触联接的结构进行信息处理的数学模型。在工程与学术界也常直接简称为“神经网络”或类神经网络。 集成神经网络 和bp神经网络一样吗? bp网络是基本简单的一种神经网络； 对于一些复杂系统，单个神经网络显得结构复杂、学习效率低；几个神经网络集合起来，就有了集成神经网络的思想。 借书看吧，那才深入系统 神经网络原理怎么样 神经网络不仅是现在的思维模式，计算机的将来计算模式，还是简单的细胞的运算模式。他们没有真正的思考，而是计算。计算是机器也能够做到的，因此不管人是否理解或者机器是否知道，都可以从容应对。而不知道的事物如此之多，因此不必担心他们会自动的进入圈套。他们不仅是可以识别计策的，还是具有分辨计策的能力的，因此必须留心别进入他们的世界，以免变得面目全非。神经的联系来源于突触，但是这是复杂的，因此不要把他们变的简单化，因为这将把神经变的难以显现。没有这些就没有自己。神经不仅是可以从一点出发，到达任何一点的，还是可以从一个神经进入另一个神经的，因此必须小心不要到达不可及之地。那里是隐私的储藏地点。那里充满着机关算计以及绝杀的危险之地。 神经网络设计怎么样 这本身更像是Matlab神经网络工具箱的配套教材，但内容稍显单薄，而且深度有限，由于对许多基本概念作了非常浅显易懂的讲解，所以适合作为入门教材。

深度学习神经网络输入图片大小,图神经网络输入输出aifans_bert转载关注0点赞·182人阅读卷积神经网络怎么生成图片？需要使用类似GAN的生成模型去做。望采纳GAN的基本原理其实非常简单，这里以生成图片为例进行说明。假设我们有两个网络，G（Generator）和D（Discriminator）。正如它的名字所暗示的那样，它们的功能分别是：G是一个生成图片的网络，它接收一个随机的噪声z，通过这个噪声生成图片，记做G(z)。D是一个判别网络，判别一张图片是不是“真实的”。它的输入参数是x，x代表一张图片，输出D（x）代表x为真实图片的概率，如果为1，就代表100%是真实的图片，而输出为0，就代表不可能是真实的图片。在训练过程中，生成网络G的目标就是尽量生成真实的图片去欺骗判别网络D。而D的目标就是尽量把G生成的图片和真实的图片分别开来。这样，G和D构成了一个动态的“博弈过程”。请点击输入图片描述。谷歌人工智能写作项目：小发猫请问是否有一种神经网络输入几个参数值，输出图像呢？当输入输出均为图片时用什么样的神经网络比较合适CNNs卷积神经网络算法最后输出的是什么，一维向量？和原始输入图像有什么关系呢？看你的目的是什么了，一般传统分类的输出是图片的种类，也就是你说的一维向量，前提是你输入图像是也是一维的label。如果你输入的是一个矩阵的label，也可以通过调整网络的kernel达到输出一个矩阵的labels。如何通过人工神经网络实现图像识别。人工神经网络（ArtificialNeuralNetworks）（简称ANN）系统从20世纪40年代末诞生至今仅短短半个多世纪，但由于他具有信息的分布存储、并行处理以及自学习能力等优点，已经在信息处理、模式识别、智能控制及系统建模等领域得到越来越广泛的应用。尤其是基于误差反向传播（ErrorBackPropagation）算法的多层前馈网络（Multiple-LayerFeedforwardNetwork）(简称BP网络)，可以以任意精度逼近任意的连续函数，所以广泛应用于非线性建模、函数逼近、模式分类等方面。目标识别是模式识别领域的一项传统的课题，这是因为目标识别不是一个孤立的问题，而是模式识别领域中大多数课题都会遇到的基本问题，并且在不同的课题中，由于具体的条件不同，解决的方法也不尽相同，因而目标识别的研究仍具有理论和实践意义。这里讨论的是将要识别的目标物体用成像头(红外或可见光等)摄入后形成的图像信号序列送入计算机，用神经网络识别图像的问题。一、BP神经网络BP网络是采用Widrow-Hoff学习算法和非线性可微转移函数的多层网络。一个典型的BP网络采用的是梯度下降算法，也就是Widrow-Hoff算法所规定的。backpropagation就是指的为非线性多层网络计算梯度的方法。一个典型的BP网络结构如图所示。我们将它用向量图表示如下图所示。其中：对于第k个模式对，输出层单元的j的加权输入为该单元的实际输出为而隐含层单元i的加权输入为该单元的实际输出为函数f为可微分递减函数其算法描述如下：（1）初始化网络及学习参数，如设置网络初始权矩阵、学习因子等。（2）提供训练模式，训练网络，直到满足学习要求。（3）前向传播过程：对给定训练模式输入，计算网络的输出模式，并与期望模式比较，若有误差，则执行（4）；否则，返回（2）。（4）后向传播过程：a.计算同一层单元的误差；b.修正权值和阈值；c.返回（2）二、BP网络隐层个数的选择对于含有一个隐层的三层BP网络可以实现输入到输出的任何非线性映射。增加网络隐层数可以降低误差，提高精度，但同时也使网络复杂化，增加网络的训练时间。误差精度的提高也可以通过增加隐层结点数来实现。一般情况下，应优先考虑增加隐含层的结点数。三、隐含层神经元个数的选择当用神经网络实现网络映射时，隐含层神经元个数直接影响着神经网络的学习能力和归纳能力。隐含层神经元数目较少时，网络每次学习的时间较短，但有可能因为学习不足导致网络无法记住全部学习内容；隐含层神经元数目较大时，学习能力增强，网络每次学习的时间较长，网络的存储容量随之变大，导致网络对未知输入的归纳能力下降，因为对隐含层神经元个数的选择尚无理论上的指导，一般凭经验确定。四、神经网络图像识别系统人工神经网络方法实现模式识别，可处理一些环境信息十分复杂，背景知识不清楚，推理规则不明确的问题，允许样品有较大的缺损、畸变，神经网络方法的缺点是其模型在不断丰富完善中，目前能识别的模式类还不够多，神经网络方法允许样品有较大的缺损和畸变，其运行速度快，自适应性能好，具有较高的分辨率。神经网络的图像识别系统是神经网络模式识别系统的一种，原理是一致的。一般神经网络图像识别系统由预处理，特征提取和神经网络分类器组成。预处理就是将原始数据中的无用信息删除，平滑，二值化和进行幅度归一化等。神经网络图像识别系统中的特征提取部分不一定存在，这样就分为两大类：①有特征提取部分的：这一类系统实际上是传统方法与神经网络方法技术的结合，这种方法可以充分利用人的经验来获取模式特征以及神经网络分类能力来识别目标图像。特征提取必须能反应整个图像的特征。但它的抗干扰能力不如第2类。②无特征提取部分的：省去特征抽取，整副图像直接作为神经网络的输入，这种方式下，系统的神经网络结构的复杂度大大增加了，输入模式维数的增加导致了网络规模的庞大。此外，神经网络结构需要完全自己消除模式变形的影响。但是网络的抗干扰性能好，识别率高。当BP网用于分类时，首先要选择各类的样本进行训练，每类样本的个数要近似相等。其原因在于一方面防止训练后网络对样本多的类别响应过于敏感，而对样本数少的类别不敏感。另一方面可以大幅度提高训练速度，避免网络陷入局部最小点。由于BP网络不具有不变识别的能力，所以要使网络对模式的平移、旋转、伸缩具有不变性，要尽可能选择各种可能情况的样本。例如要选择不同姿态、不同方位、不同角度、不同背景等有代表性的样本，这样可以保证网络有较高的识别率。构造神经网络分类器首先要选择适当的网络结构：神经网络分类器的输入就是图像的特征向量；神经网络分类器的输出节点应该是类别数。隐层数要选好，每层神经元数要合适，目前有很多采用一层隐层的网络结构。然后要选择适当的学习算法，这样才会有很好的识别效果。在学习阶段应该用大量的样本进行训练学习，通过样本的大量学习对神经网络的各层网络的连接权值进行修正，使其对样本有正确的识别结果，这就像人记数字一样，网络中的神经元就像是人脑细胞，权值的改变就像是人脑细胞的相互作用的改变，神经网络在样本学习中就像人记数字一样，学习样本时的网络权值调整就相当于人记住各个数字的形象，网络权值就是网络记住的内容，网络学习阶段就像人由不认识数字到认识数字反复学习过程是一样的。神经网络是按整个特征向量的整体来记忆图像的，只要大多数特征符合曾学习过的样本就可识别为同一类别，所以当样本存在较大噪声时神经网络分类器仍可正确识别。在图像识别阶段，只要将图像的点阵向量作为神经网络分类器的输入，经过网络的计算，分类器的输出就是识别结果。五、仿真实验1、实验对象本实验用MATLAB完成了对神经网络的训练和图像识别模拟。从实验数据库中选择0～9这十个数字的BMP格式的目标图像。图像大小为16×8像素，每个目标图像分别加10％、20％、30％、40％、50％大小的随机噪声，共产生60个图像样本。将样本分为两个部分，一部分用于训练，另一部分用于测试。实验中用于训练的样本为40个，用于测试的样本为20个。随机噪声调用函数randn(m,n)产生。2、网络结构本试验采用三层的BP网络，输入层神经元个数等于样本图像的象素个数16×8个。隐含层选24个神经元，这是在试验中试出的较理想的隐层结点数。输出层神经元个数就是要识别的模式数目，此例中有10个模式，所以输出层神经元选择10个，10个神经元与10个模式一一对应。3、基于MATLAB语言的网络训练与仿真建立并初始化网络% ================S1 = 24;% 隐层神经元数目S1 选为24[R,Q] = size(numdata);[S2,Q] = size(targets);F = numdata;P=double(F);net = newff(minmax(P),[S1 S2],{"logsig""logsig"},"traingda","learngdm")这里numdata为训练样本矩阵，大小为128×40，targets为对应的目标输出矩阵，大小为10×40。newff(PR,[S1S2…SN],{TF1TF2…TFN}，BTF,BLF,PF)为MATLAB函数库中建立一个N层前向BP网络的函数，函数的自变量PR表示网络输入矢量取值范围的矩阵[Pminmax];S1~SN为各层神经元的个数；TF1~TFN用于指定各层神经元的传递函数；BTF用于指定网络的训练函数；BLF用于指定权值和阀值的学习函数；PF用于指定网络的性能函数，缺省值为‘mse"。设置训练参数net.performFcn = "sse"; %平方和误差性能函数 = 0.1; %平方和误差目标 = 20; %进程显示频率net.trainParam.epochs = 5000;%最大训练步数 = 0.95; %动量常数网络训练net=init(net);%初始化网络[net,tr] = train(net,P,T);％网络训练对训练好的网络进行仿真D=sim(net,P);A = sim(net,B);B为测试样本向量集,128×20的点阵。D为网络对训练样本的识别结果，A为测试样本的网络识别结果。实验结果表明：网络对训练样本和对测试样本的识别率均为100％。如图为64579五个数字添加50%随机噪声后网络的识别结果。六、总结从上述的试验中已经可以看出，采用神经网络识别是切实可行的，给出的例子只是简单的数字识别实验，要想在网络模式下识别复杂的目标图像则需要降低网络规模，增加识别能力，原理是一样的。

我有VB的 不过是汽车方面

脉冲神经网络 (SNN) 属于第三代神经网络模型，实现了更高级的生物神经模拟水平。除了神经元和突触状态之外，SNN 还将时间概念纳入了其操作之中，是一种模拟大脑神经元动力学的一类很有前途的模型。 那么什么是第一代和第二代神经网络模型呢？ 第一代神经网络 第一代神经网络又称为感知器，在1950年左右被提出来，它的算法只有两层，输入层输出层，主要是线性结构。它不能解决线性不可分的问题，对稍微复杂一些的函数都无能为力，如异或操作。 第二代神经网络：BP 神经网络 为了解决第一代神经网络的缺陷，在1980年左右 Rumelhart、Williams 等人提出第二代神经网络多层感知器 (MLP)。和第一代神经网络相比，第二代在输入层之间有多个隐含层的感知机，可以引入一些非线性的结构，解决了之前无法模拟异或逻辑的缺陷 第三代神经网络：脉冲神经网络 第三代神经网络，脉冲神经网络 (Spiking Neural Network，SNN) ，旨在弥合神经科学和机器学习之间的差距， 使用最拟合生物神经元机制的模型来进行计算，更接近生物神经元机制。 脉冲神经网络与目前流行的神经网络和机器学习方法有着根本上的不同。SNN 使用脉冲——这是一种发生在时间点上的离散事件——而非常见的连续值。每个峰值由代表生物过程的微分方程表示出来，其中最重要的是神经元的膜电位。本质上，一旦神经元达到了某一电位，脉冲就会出现，随后达到电位的神经元会被重置。对此，最常见的模型是 Leaky Integrate-And-Fire (LIF) 模型。此外，SNN 通常是稀疏连接的，并会利用特殊的网络拓扑。 脉冲神经网络 （SNN-Spiking Neuron Networks) 包含具有时序动力学特性的神经元节点、稳态-可塑性平衡的突触结构、功能特异性的网络环路等，高度借鉴了生物启发的局部非监督(如脉冲时序依赖可塑性、短时突触可塑性、局部稳态调节等)、全局弱监督(如多巴胺奖赏学习、基于能量的函数优化等)的生物优化方法，因此具有强大的时空信息表征、异步事件信息处理、网络自组织学习等能力。 [1] 脉冲神经网络，其 模拟神经元 更加接近实际，除此之外，把时间信息的影响也考虑其中。思路是这样的，动态神经网络中的 神经元 不是在每一次迭代传播中都被激活（而在典型的多层感知机网络中却是），而是在它的 膜电位 达到某一个特定值才被激活。当一个神经元被激活，它会产生一个信号传递给其他神经元，提高或降低其膜电位。 在脉冲神经网络中，神经元的当前激活水平（被建模成某种微分方程）通常被认为是当前状态，一个输入脉冲会使当前这个值升高，持续一段时间，然后逐渐衰退。出现了很多编码方式把这些输出脉冲序列解释为一个实际的数字，这些编码方式会同时考虑到脉冲频率和脉冲间隔时间。 借助于神经科学的研究，人们可以精确的建立基于脉冲产生时间 神经网络模型 。这种新型的神经网络采用脉冲编码(spike coding)，通过获得脉冲发生的精确时间，这种新型的神经网络可以进行获得更多的信息和更强的计算能力。 20220112【脉络分明：脉冲神经网络及其应用】余肇飞：脉冲神经网络学习理论与方法_哔哩哔哩_bilibili 如何看待第三代神经网络 SNN？详解脉冲神经网络的架构原理、数据集和训练方法-极市开发者社区 (cvmart.net) 脉冲神经网络_百度百科 (baidu.com) Frontiers | Spiking Neural Network (SNN) With Memristor Synapses Having Non-linear Weight Update | Frontiers in Computational Neuroscience 【强基固本】脉冲神经网络（Spiking Neural Network）介绍 (qq.com)

前馈神经网络就是一层的节点只有前面一层作为输入，并输出到后面一层，自身之间、与其它层之间都没有联系，由于数据是一层层向前传播的，因此称为前馈网络。BP网络是最常见的一种前馈网络，BP体现在运作机制上，数据输入后，一层层向前传播，然后计算损失函数，得到损失函数的残差，然后把残差向后一层层传播。卷积神经网络是根据人的视觉特性，认为视觉都是从局部到全局认知的，因此不全部采用全连接（一般只有1-2个全连接层，甚至最近的研究建议取消CNN的全连接层），而是采用一个滑动窗口只处理一个局部，这种操作像一个滤波器，这个操作称为卷积操作（不是信号处理那个卷积操作，当然卷积也可以），这种网络就称为卷积神经网络。目前流行的大部分网络就是前馈网络和递归网络，这两种网络一般都是BP网络；深度网络一般采用卷积操作，因此也属于卷积神经网络。在出现深度学习之前的那些网络，基本都是全连接的，则不属于卷积网络的范围，但大部分是前馈网络和BP网络。

度学习的概念源于人工神经网络的研究。含多隐层的多层感知器就是一种深度学习结构，通过组合低层特征形成更加抽象的高层表示属性类别或特征，以发现数据的分布式特征表示。深度学习的概念由Hinton等人于2006年提出，基于深信度网(DBN)提出非监督贪心逐层训练算法，为解决深层结构相关的优化难题带来希望，随后提出多层自动编码器深层结构。深度学习是机器学习研究中的一个新的领域，其动机在于建立、模拟人脑进行分析学习的神经网络，它模仿人脑的机制来解释数据，例如图像，声音和文本。系统地论述了神经网络的基本原理、方法、技术和应用，主要内容包括：神经信息处理的基本原理、感知器、反向传播网络、自组织网络、递归网络、径向基函数网络、核函数方法、神经网络集成、模糊神经网络、概率神经网络、脉冲耦合神经网络、神经场理论、神经元集群以及神经计算机。每章末附有习题，书末附有详细的参考文献。神经网络是通过对人脑或生物神经网络的抽象和建模，研究非程序的、适应性的、大脑风格的信息处理的本质和能力。它以脑科学和认知神经科学的研究成果为基础，拓展智能信息处理的方法，为解决复杂问题和智能控制提供有效的途径，是智能科学和计算智能的重要部分。

多练习，保持耐心。学习图神经网络可能是一个复杂的过程，但不要灰心。首先，确保你理解了基本概念和原理。然后，通过实践来加深你的理解。尝试解决一些相关问题，实现一些简单的图神经网络模型，并观察结果。此外，优秀的学习资源可以帮助你更好地理解和应用图神经网络。阅读教科书、研究论文，参加相关的在线课程或培训班，参考权威的学术期刊和会议上的文章，这些都是提高知识水平的有效途径。

　　【摘　要】 文章从高校财务工作绩效的内涵出发，构建了高校财务工作绩效评价指标体系，并运用BP神经网络的方法，对江苏省所属10所高校财务工作的实际效果进行了实证分析，发现了一些共性、根本性问题，提出了相关对策建议。 　　【关键词】 高校； 财务工作绩效； BP神经网络 　　财务工作绩效是衡量一所高校内部工作绩效的重要尺度，也是决定一所高校教育事业能否持续健康发展的标志。客观、科学地评价一所高校的财务工作绩效，对于促进高校引入效益概念，合理配置教育资源，提高资源利用效率，实现学校长期可持续发展具有十分重要的意义。 　　一、高校财务工作绩效内涵 　　“绩效”（performance）一词源自管理学，有业绩、成果等方面的丰富内涵。从经济管理活动的角度来看，绩效是一个多维概念，包括组织或者团体绩效、员工个人绩效两个方面，是指一个组织、团体或者个人在一定时期内为达到某个目标或完成某项任务所进行的一种投入产出活动，它强调活动的结果和成效。高校作为一个非营利性机构，高校财务工作绩效显然是一种组织层面的绩效，它是运用“绩效”来衡量高校财务活动所取得的业绩和成果，反映学校在一定时期内的财务工作效果、财务工作效率和财务工作效益，是高校经济效益和社会效益的统一。其中财务工作效果是指高校各项财务活动所取的最具正面影响的成果数量和质量的总和，如教学成果、科研成果等；财务工作效率是指高校投入与产出之间的比例，如资产负债率、师生比等；财务工作效益反映高校各种直接的经济效益与社会效益的实现情况，如毕业生就业率、校办产业经济效益等。 　　二、高校财务工作绩效评价指标体系构建 　　高校财务工作绩效评价是指以特定的评价指标体系为基础，运用科学的评价方法，对照统一、合理的评价标准，对高校财务工作的行为过程及结果进行客观、科学的衡量、比较与评价，并将评价结果作为对高校财务工作的考核标准。从上述高校财务工作绩效的内涵和高校财务工作的特殊性与复杂性可以看出，高校财务工作绩效评价指标体系的设计是一个复杂的、多目标的决策过程，既要考虑不同规模、不同类别高校财务工作的共性特征，也要考虑个性特征。为此，我们在遵循科学性、可比性、通用性等原则的基础上，着重从高校财务工作组织绩效、财务工作效果、财务工作效率和财务工作效益等四个方面，构建一个行为与结果相结合，定量与定性相结合的高校财务工作绩效评价指标体系，如表1所示。其中：财务工作组织绩效主要反映高校为有效实施财务管理，提高财务工作效能而在财务管理体制、财务管理制度、财务队伍建设等方面的潜在资源总和；财务工作效果主要反映高校在人才培养、教学成果、科研成果等产出方面获取收益的能力；财务工作效率指高校有关教育科研资源的使用效率，综合反映了高校资金潜力的发挥程度；财务工作效益则主要指高校资金投入后预定目标所产生的经济效益与社会效益的实现程度。 　　三、BP人工神经网络评价模型 　　BP人工神经网络通常由输入层、隐含层和输出层构成，每层由若干个神经元组成。研究证明，一个三层的BP神经网络结构可以映射任意连续函数。为此，本文采用一个多输入、单输出的3层结构BP神经网络模型对高校财务管理绩效进行评价。 　　1.BP人工神经网络基本原理 　　BP人工神经网络模型通常采用误差反向传播算法，首先，当给定一个输入模式时，它从输入层节点传输到隐含层节点再传输至输出层节点，经输出层节点处理后，产生一个输出模式；如果没有得到预期的结果，则转入反向传播过程，循环往复交替训练，直到输出结果的误差减小到人们所期望的范围时，网络的学习过程就结束。此时将新样本输入到已经训练好的网络，就可以得到所需要的输出值。 　　2.输入层、隐含层及输出层节点数的选取 　　研究中把影响高校财务管理绩效的18项指标作为BP神经网络的输入向量，把高校财务管理绩效的总因子值作为输出向量，这样就确定了输入层节点数为18，输出层节点数为1。Kolmogrov理论已经证明：对于任意给定的连续函数§，U→V，U∈Vn，U∈［0，1］n，§可以精确地由一层隐含层来构建网络。在本文中，我们根据分别组建了隐含层节点数从1—35的BP网络，经过大量测算，最后根据试报效果，确定了较为理想的隐含层节点数为6。 　　3.三层BP神经网络学习步骤 　　三层前馈神经网络的学习步骤为：首先，进行归一化处理，将样本向量数据处理为（0，1）之间的数据；其次，计算隐含层和输出层各节点的输入和相应的输出，Gj=■UjiVi+Tj，Ss=∑K（mn）hn+Js；再次，计算输出层误差和隐含层误差，?啄m=（Hm-Km）（1-fs）；最后，利用误差系数值对各层权值和阈值进行调整，并选用另一个学习样本向量，返回第二步，直到全局误差§小于预先设定值，则学习结束。 　　4.模型结构确定 　　根据上面的分析，本文高校财务工作绩效评价的神经网络模型设计为18-6-1；即输入层节点数为18，隐含层节点数为6，输出层节点数为1，网络层数为3。 　　四、高校财务工作绩效评价的实证分析 　　2011年上半年，我们通过发放统计报表、发放问卷等方式，对江苏省10所高校2010年度的财务工作情况进行了调查分析。此次调查共发放统计报表10份，发放教职工、学生问卷3 830份，回收率分别为100%、98%。 　　1.采集样本数据 　　限于篇幅，具体样本数据略，经归一化处理后的样本数据值如表2所示。 　　2.评价标准的设计 　　本文将评价标准集V设定为：V=［高，较高，一般，较低，低］=［0.8，0.6， 　　0.5，0.4，0.2］五个等级。 　　3.网络的训练及结果 　　按照选定的网络结构模型，即输入层节点数为18，隐含层节点数为6，输出层节点数为1，利用前10所高校进行训练，确定权值与阈值。训练时训练参数最高迭代次数为6 595次，预期误差为1e-4，训练函数为traincgb，网络学习率为0.068。当程序迭代0次时，误差为6.68531e-005；当程序迭代50次后，误差达到5.39561e-005；当程序迭代60次时，误差达到8.68052e-006，说明训练达到预期目标。

人工智能算法

人工神经网络具有四个基本特征：1非线性 非线性关系是自然界的普遍特性。大脑的智慧就是一种非线性现象。人工神经元处于激活或抑制二种不同的状态，这种行为在数学上表现为一种非线性关系。具有阈值的神经元构成的网络具有更好的性能，可以提高容错性和存储容量。2非局限性 一个神经网络通常由多个神经元广泛连接而成。一个系统的整体行为不仅取决于单个神经元的特征，而且可能主要由单元之间的相互作用、相互连接所决定。通过单元之间的大量连接模拟大脑的非局限性。联想记忆是非局限性的典型例子。3非常定性人工神经网络具有自适应、自组织、自学习能力。神经网络不但处理的信息可以有各种变化，而且在处理信息的同时，非线性动力系统本身也在不断变化。经常采用迭代过程描写动力系统的演化过程。4 非凸性一个系统的演化方向，在一定条件下将取决于某个特定的状态函数。例如能量函数，它的极值相应于系统比较稳定的状态。非凸性是指这种函数有多个极值，故系统具有多个较稳定的平衡态，这将导致系统演化的多样性。

人工神经网络（Artificial Neural Networks，ANN）系统是 20 世纪 40 年代后出现的。它是由众多的神经元可调的连接权值连接而成，具有大规模并行处理、分布式信 息存储、良好的自组织自学习能力等特点。BP（Back Propagation）算法又称为误差 反向传播算法，是人工神经网络中的一种监督式的学习算法。BP 神经网络算法在理 论上可以逼近任意函数，基本的结构由非线性变化单元组成，具有很强的非线性映射能力。而且网络的中间层数、各层的处理单元数及网络的学习系数等参数可根据具体情况设定，灵活性很大，在优化、信号处理与模式识别、智能控制、故障诊断等许 多领域都有着广泛的应用前景。工作原理人工神经元的研究起源于脑神经元学说。19世纪末，在生物、生理学领域，Waldeger等人创建了神经元学说。人们认识到复杂的神经系统是由数目繁多的神经元组合而成。大脑皮层包括有100亿个以上的神经元，每立方毫米约有数万个，它们互相联结形成神经网络，通过感觉器官和神经接受来自身体内外的各种信息，传递至中枢神经系统内，经过对信息的分析和综合，再通过运动神经发出控制信息，以此来实现机体与内外环境的联系，协调全身的各种机能活动。神经元也和其他类型的细胞一样，包括有细胞膜、细胞质和细胞核。但是神经细胞的形态比较特殊，具有许多突起，因此又分为细胞体、轴突和树突三部分。细胞体内有细胞核，突起的作用是传递信息。树突是作为引入输入信号的突起，而轴突是作为输出端的突起，它只有一个。树突是细胞体的延伸部分，它由细胞体发出后逐渐变细，全长各部位都可与其他神经元的轴突末梢相互联系，形成所谓“突触”。在突触处两神经元并未连通，它只是发生信息传递功能的结合部，联系界面之间间隙约为（15～50)×10米。突触可分为兴奋性与抑制性两种类型，它相应于神经元之间耦合的极性。每个神经元的突触数目正常，最高可达10个。各神经元之间的连接强度和极性有所不同，并且都可调整、基于这一特性，人脑具有存储信息的功能。利用大量神经元相互联接组成人工神经网络可显示出人的大脑的某些特征。人工神经网络是由大量的简单基本元件——神经元相互联接而成的自适应非线性动态系统。每个神经元的结构和功能比较简单，但大量神经元组合产生的系统行为却非常复杂。人工神经网络反映了人脑功能的若干基本特性，但并非生物系统的逼真描述，只是某种模仿、简化和抽象。与数字计算机比较，人工神经网络在构成原理和功能特点等方面更加接近人脑，它不是按给定的程序一步一步地执行运算，而是能够自身适应环境、总结规律、完成某种运算、识别或过程控制。人工神经网络首先要以一定的学习准则进行学习，然后才能工作。现以人工神经网络对于写“A”、“B”两个字母的识别为例进行说明，规定当“A”输入网络时，应该输出“1”，而当输入为“B”时，输出为“0”。所以网络学习的准则应该是：如果网络作出错误的的判决，则通过网络的学习，应使得网络减少下次犯同样错误的可能性。首先，给网络的各连接权值赋予(0，1)区间内的随机值，将“A”所对应的图象模式输入给网络，网络将输入模式加权求和、与门限比较、再进行非线性运算，得到网络的输出。在此情况下，网络输出为“1”和“0”的概率各为50%，也就是说是完全随机的。这时如果输出为“1”(结果正确)，则使连接权值增大，以便使网络再次遇到“A”模式输入时，仍然能作出正确的判断。

一、Kohonen模型概述1981年芬兰赫尔辛基大学Kohonen教授提出了一个比较完整的，分类性能较好的自组织特征影射(Self-Organizing Feature Map)人工神经网络(简称SOM网络)方案。这种网络也称为Kohonen特征影射网络。这种网络模拟大脑神经系统自组织特征影射功能，它是一种竞争式学习网络，在学习中能无监督地进行自组织学习。二、Hohonen模型原理1.概述SOM网络由输入层和竞争层组成。输入层神经元数为N，竞争层由M=R×C神经元组成，构成一个二维平面阵列或一个一维阵列(R=1)。输入层和竞争层之间实现全互连接。SOM网络的基本思想是网络竞争层各神经元竞争对输入模式的响应机会，最后仅有一个神经元成为竞争的胜者，并对那些与获胜神经元有关的各连接权朝着更有利于它竞争的方向调整，这一获胜神经元就表示对输入模式的分类。SOM算法是一种无教师示教的聚类方法，它能将任意输入模式在输出层映射成一维或二维离散图形，并保持其拓扑结构不变。即在无教师的情况下，通过对输入模式的自组织学习，在竞争层将分类结果表示出来。此外，网络通过对输入模式的反复学习，可以使连接权矢量空间分布密度与输入模式的概率分布趋于一致，即连接权矢量空间分布能反映输入模式的统计特征。2.网络权值初始化因为网络输入很可能出现在中间区，因此，如果竞争层的初始权值选择在输入空间的中间区，则其学习效果会更加有效。3.邻域距离矩阵SOM网络中的神经元可以按任何方式排列，这种排列可以用表示同一层神经元间的Manhattan距离的邻域距离矩阵D来描述，而两神经元的Manhattan距离是指神经元坐标相减后的矢量中，其元素绝对值之和。4.Kohonen竞争学习规则设SOM网络的输入模式为Xp=( ， ，…， )，p=1，2.…，P。竞争层神经元的输出值为Yj(j=1，2，…，M)，竞争层神经元j与输入层神经元之间的连接权矢量为Wj=(wj1，wj2，…，wjN)，j=1，2，…，M。Kohonen网络自组织学习过程包括两个部分：一是选择最佳匹配神经元，二是权矢量自适应变化的更新过程。确定输入模式Xp与连接权矢量Wj的最佳匹配的评价函数是两个矢量的欧氏距离最小，即 ，j=1，2，…，M，]]<![CDATA[找出最小距离dg，确定获胜神经元g。dg=mjin(dj)，j=1，2，…，M。求输入模式Xp在竞争层的获胜神经元g及其在邻域距离nd内的神经元的输出。中国矿产资源评价新技术与评价新模型dgm为邻域距离矩阵D的元素，为竞争层中获胜神经元g与竞争层中其它神经元的距离。求输入模式Xp在竞争层的获胜神经元g及其在邻域距离nd内的神经元的权值修正值。中国矿产资源评价新技术与评价新模型式中：i=1，2，…，N；lr为学习速率；t为学习循环次数。Δwjt(t+1)的其余元素赋值为0。进行连接权的调整wji(t+1)=wji(t)+Δwji(t+1)。5.权值学习中学习速率及邻域距离的更新(1)SOM网络的学习过程分为两个阶段第一阶段为粗学习与粗调整阶段。在这一阶段内，连接权矢量朝着输入模式的方向进行调整，神经元的权值按照期望的方向在适应神经元位置的输入空间建立次序，大致确定输入模式在竞争层中所对应的影射位置。一旦各输入模式在竞争层有了相对的影射位置后，则转入精学习与细调整阶段，即第二阶段。在这一阶段内，网络学习集中在对较小的范围内的连接权进行调整，神经元的权值按照期望的方向在输入空间伸展，直到保留到他们在粗调整阶段所建立的拓扑次序。学习速率应随着学习的进行不断减小。(2)邻域的作用与更新在SOM网络中，脑神经细胞接受外界信息的刺激产生兴奋与抑制的变化规律是通过邻域的作用来体现的邻域规定了与获胜神经元g连接的权向量Wg进行同样调整的其他神经元的范围。在学习的最初阶段，邻域的范围较大，随着学习的深入进行，邻域的范围逐渐缩小。(3)学习速率及邻域距离的更新在粗调整阶段，学习参数初始化最大学习循环次数 MAX_STEP1=1000，粗调整阶段学习速率初值 LR1=1.4，细调整阶段学习速率初值 LR2=0.02，最大邻域距离 MAX_ND1=Dmax，Dmax为邻域距离矩阵D的最大元素值。粗调阶段学习循环次数step≤MAX_STEP1，学习速率lr从LR1调整到LR2，邻域距离nd 从MAX_ND1调整到1，求更新系数r，r=1-step/MAX_STEP1，邻域距离nd更新，nd=1.00001+(MAX_ND1-1)×r。学习速率lr更新，lr=LR2+(LR1-LR2)×r。在细调整阶段，学习参数初始化，最大学习循环次数 MAX_STEP2=2000，学习速率初值 LR2=0.02，最大邻域距离 MAX_ND2=1。细调阶段MAX_STEP1＜step≤MAX_STEP1+MAX_STEP2，学习速率lr慢慢从LR2减少，邻域距离nd设为1，邻域距离nd更新，nd=MAX_ND2+0.00001。学习速率lr更新，lr=LR2×(MAX_STEP1/step)。6.网络的回想——预测SOM网络经学习后按照下式进行回想：中国矿产资源评价新技术与评价新模型Yj=0，j=1，2，…，M，(j≠g)。将需要分类的输入模式提供给网络的输入层，按照上述方法寻找出竞争层中连接权矢量与输入模式最接近的神经元，此时神经元有最大的激活值1，而其它神经元被抑制而取0值。这时神经元的状态即表示对输入模式的分类。三、总体算法1.SOM权值学习总体算法(1)输入参数X[N][P]。(2)构造权值矩阵W[M][N]。1)由X[N][P]求Xmid[N]，2)由Xmid[N]构造权值W[M][N]。(3)构造竞争层。1)求竞争层神经元数M，2)求邻域距离矩阵D[M][M]，3)求矩阵D[M][M]元素的最大值Dmax。(4)学习参数初始化。(5)学习权值W[M][N]。1)学习参数学习速率lr，邻域距离nd更新，分两阶段：(i)粗调阶段更新；(ii)细调阶段更新。2)求输入模式X[N][p]在竞争层的获胜神经元win[p]。(i)求X[N][p]与W[m][N]的欧氏距离dm；(ii)按距离dm最短，求输入模式X[N][p]在竞争层的获胜神经元win[p]。3)求输入模式X[N][p]在竞争层的获胜神经元win[p]及其在邻域距离nd内的神经元的输出Y[m][p]。4)求输入模式X[N][p]在竞争层的获胜神经元win[p]及其在邻域距离nd内的神经元的权值修正值ΔW[m][N]，从而得到输入模式X[N][p]产生的权值修正值ΔW[M][N]。5)权值修正W[M][N]=W[M][N]+ΔW[M][N]。6)学习结束条件：(i)学习循环到MAX_STEP次；(ii)学习速率lr达到用户指定的LR_MIN；(iii)学习时间time达到用户指定的TIME_LIM。(6)输出。1)学习得到的权值矩阵W[M][N]；2)邻域距离矩阵D[M][M]。(7)结束。2.SOM预测总体算法(1)输入需分类数据X[N][P]，邻域距离矩阵D[M][M]。(2)求输入模式X[N][p]在竞争层的获胜神经元win[p]。1)求X[N][p]与W[m][N]的欧氏距离dm；2)按距离dm最短，求输入模式X[N][p]在竞争层的获胜神经元win[p]。(3)求获胜神经元win[p]在竞争层排列的行列位置。(4)输出与输入数据适应的获胜神经元win[p]在竞争层排列的行列位置，作为分类结果。(5)结束。四、总体算法流程图Kohonen总体算法流程图见附图4。五、数据流图Kohonen数据流图见附图4。六、无模式识别总体算法假定有N个样品，每个样品测量M个变量，则有原始数据矩阵：X=(xij)N×M，i=1，2，…，N，j=1，2，…，M。(1)原始数据预处理X=(xij)N×M处理为Z=(zij)N×M，分3种处理方法：1)衬度；2)标准化；3)归一化。程序默认用归一化处理。(2)构造Kohonen网竞争层与输入层之间的神经元的连接权值构成矩阵WQ×M。WQ×M初始化。(3)进入Kohonen网学习分类循环，用epoch记录循环次数，epoch=1。(4)在每个epoch循环中，对每个样品n(n=1，2，…，N)进行分类。从1个样品n=1开始。(5)首先计算输入层的样品n的输入数据znm(m=1，2，…，M)与竞争层Q个神经元对应权值wqm的距离。(6)寻找输入层的样品n与竞争层Q个神经元的最小距离，距离最小的神经元Win[n]为获胜神经元，将样品n归入获胜神经元Win[n]所代表的类型中，从而实现对样品n的分类。(7)对样品集中的每一个样品进行分类：n=n+1。(如果n≤N，转到5。否则，转到8。)(8)求分类后各神经元所对应的样品的变量的重心，用对应的样品的变量的中位数作为重心，用对应的样品的变量的重心来更新各神经元的连接权值。(9)epoch=epoch+1；一次学习分类循环结束。(10)如果满足下列两个条件之一，分类循环结束，转到11；否则，分类循环继续进行，转到4。1)全部样品都固定在某个神经元上，不再改变了；2)学习分类循环达到最大迭代次数。(11)输出：1)N个样品共分成多少类，每类多少样品，记录每类的样品编号；2)如果某类中样品个数超过1个，则输出某类的样品原始数据的每个变量的均值、最小值、最大值和均方差；3)如果某类中样品个数为1个，则输出某类的样品原始数据的各变量值；4)输出原始数据每个变量(j=1，2，…，M)的均值，最小值，最大值和均方差。(12)结束。七、无模式识别总体算法流程图Kohonen无模式总体算法流程图见附图5。

labview神经网络和模糊区别是基本原理和应用场景：1、神经网络是一种模拟大脑神经系统的计算模型，通过模拟神经元之间的相互作用来实现信息处理和学习。在LabVIEW中，神经网络可以用于分类、回归、聚类等任务，例如可以利用神经网络对一组数据进行分类，将数据划分到不同的类别中。2、而模糊逻辑是一种基于模糊数学理论的推理方法，可以处理不确定或模糊的信息和语言性规则。在LabVIEW中，模糊可以用于控制系统的设计和优化，例如可以利用模糊控制器控制温度、湿度等变量，使其保持在一个稳定的范围内。

bp神经网络是有监督。BP神经网络是最基础的神经网络，其输出结果采用前向传播，误差采用反向（Back Propagation）传播方式进行。BP神经网络是有监督学习，不妨想象这么一个应用场景：输入数据是很多银行用户的年龄、职业、收入等，输出数据是该用户借钱后是否还贷。作为银行风控部门的负责人，你希望建立一个神经网络模型，从银行多年的用户数据中学习针对银行客户的风控模型，以此判定每个人的信用，并决定是否放贷。基本原理人工神经网络无需事先确定输入输出之间映射关系的数学方程，仅通过自身的训练，学习某种规则，在给定输入值时得到最接近期望输出值的结果。作为一种智能信息处理系统，人工神经网络实现其功能的核心是算法。BP神经网络是一种按误差反向传播（简称误差反传）训练的多层前馈网络，其算法称为BP算法，它的基本思想是梯度下降法，利用梯度搜索技术，以期使网络的实际输出值和期望输出值的误差均方差为最小。

20 世纪五、六u2f17年代，科学家 Frank Rosenblatt其受到 Warren McCulloch 和 Walter Pitts早期的u2f2f作的影响，发明了感知机（Perceptrons）。 u2f00个感知器接受u2f0f个u2f06进制输u2f0a， ，并产u2f63u2f00个u2f06进制输出： 如上图所示的感知机有三个输u2f0a： 。通常可以有更多或更少输u2f0a。 我们再引u2f0a权重： ，衡量输入对输出的重要性。感知机的输出为0 或者 1，则由分配权重后的总和 u2f29于等于或者u2f24于阈值决定。和权重u2f00样，阈值（threshold）是u2f00个实数，u2f00个神经元的参数。u2f64更精确的代数形式如下： 给三个因素设置权重来作出决定： 可以把这三个因素对应地u2f64u2f06进制变量 来表u2f70。例如，如果天u2f53好，我们把 ，如果不好， 。类似地，如果你的朋友陪你去， ，否则 。 也类似。 这三个对于可能对你来说，“电影好不好看”对你来说最重要，而天气显得不是那么的重要。所以你会这样分配权值： ，然后定义阈值threshold=5。 现在，你可以使u2f64感知器来给这种决策建u2f74数学模型。 例如： 随着权重和阈值的变化，你可以得到不同的决策模型。很明显，感知机不是u2f08做出决策使u2f64的全部模型。但是这个例u2f26说明了u2f00个感知机如何能权衡不同的依据来决策。这看上去也可以u2f24致解释u2f00个感知机u2f79络有时确实能够做出一些不错的决定。 现在我们队上面的结构做一点变化，令b=-threshold，即把阈值移到不等号左边，变成偏置， 那么感知器的规则可以重写为: 引u2f0a偏置只是我们描述感知器的u2f00个很u2f29的变动，但是我们后u2faf会看到它引导更进u2f00步的符号简化。因此，我们不再u2f64阈值，u2f7d总是使u2f64偏置。 感知机是首个可以学习的人工神经网络，它的出现引起的神经网络的第一层高潮。需要指出的是，感知机只能做简单的线性分类任务，而且Minsky在1969年出版的《Perceptron》书中，证明了感知机对XOR（异或）这样的问题都无法解决。但是感知机的提出，对神经网络的发展是具有重要意义的。 通过上面的感知机的观察我们发现一个问题，每个感知机的输出只有0和1，这就意味着有时我们只是在单个感知机上稍微修改了一点点权值w或者偏置b，就可能造成最终输出完全的反转。也就是说，感知机的输出是一个阶跃函数。如下图所示，在0附近的时候，输出的变化是非常明显的，而在远离0的地方，我们可能调整好久参数也不会发生输出的变化。 这样阶跃的跳变并不是我们想要的，我们需要的是当我们队权值w或者偏置b做出微小的调整后，输出也相应的发生微小的改变。这同时也意味值我们的输出不再只是0和1，还可以输出小数。由此我们引入了S型神经元。 S型神经元使用 S 型函数，也叫Sigmoid function函数，我们用它作为激活函数。其表达式如下： 图像如下图所示： 利u2f64实际的 σ 函数，我们得到u2f00个，就像上u2faf说明的，平滑的感知器。 σ 函数的平滑特性，正是关键因素，u2f7d不是其细部形式。 σ 的平滑意味着权重和偏置的微u2f29变化，即 u2206w 和 u2206b，会从神经元产u2f63u2f00个微u2f29的输出变化 u2206output。实际上，微积分告诉我们 u2206output 可以很好地近似表u2f70为： 上面的式子是u2f00个反映权重、偏置变化和输出变化的线性函数。这u2f00线性使得我们可以通过选择权重和偏置的微u2f29变化来达到输出的微u2f29变化。所以当 S 型神经元和感知器本质上是相同的，但S型神经元在计算处理如何变化权重和偏置来使输出变化的时候会更加容易。 有了对S型神经元的了解，我们就可以介绍神经网络的基本结构了。具体如下： 在u2f79络中最左边的称为输u2f0a层，其中的神经元称为输u2f0a神经元。最右边的，即输出层包含有输出神经元，在图中，输出层只有u2f00个神经元。中间层，既然这层中的神经元既不是输u2f0a也不是输出，则被称为隐藏层。 这就是神经网络的基本结构，随着后面的发展神经网络的层数也随之不断增加和复杂。 我们回顾一下神经网络发展的历程。神经网络的发展历史曲折荡漾，既有被人捧上天的时刻，也有摔落在街头无人问津的时段，中间经历了数次大起大落。 从单层神经网络（感知机）开始，到包含一个隐藏层的两层神经网络，再到多层的深度神经网络，一共有三次兴起过程。详见下图。 我们希望有u2f00个算法，能让我们找到权重和偏置，以u2f84于u2f79络的输出 y(x) 能够拟合所有的 训练输u2f0a x。为了量化我们如何实现这个u2f6c标，我们定义u2f00个代价函数： 这u2fa5 w 表u2f70所有的u2f79络中权重的集合， b 是所有的偏置， n 是训练输u2f0a数据的个数， a 是表u2f70当输u2f0a为 x 时输出的向量，求和则是在总的训练输u2f0a x 上进u2f8f的。当然，输出 a 取决于 x, w和 b，但是为了保持符号的简洁性，我没有明确地指出这种依赖关系。符号 ∥v∥ 是指向量 v 的模。我们把 C 称为u2f06次代价函数；有时也称被称为均u2f45误差或者 MSE。观察u2f06次代价函数的形式我们可以看到 C(w, b) 是u2fae负的，因为求和公式中的每u2f00项都是u2fae负的。此外，代价函数 C(w,b)的值相当u2f29，即 C(w; b) ≈ 0，精确地说，是当对于所有的训练输u2f0a x， y(x) 接近于输出 a 时。因 此如果我们的学习算法能找到合适的权重和偏置，使得 C(w; b) ≈ 0，它就能很好地u2f2f作。相反，当 C(w; b) 很u2f24时就不怎么好了，那意味着对于u2f24量地输u2f0a， y(x) 与输出 a 相差很u2f24。因此我们的训练算法的u2f6c的，是最u2f29化权重和偏置的代价函数 C(w; b)。换句话说，我们想要找到u2f00系列能让代价尽可能u2f29的权重和偏置。我们将采u2f64称为梯度下降的算法来达到这个u2f6c的。 下面我们将代价函数简化为C(v)。它可以是任意的多元实值函数， 。 注意我们u2f64 v 代替了 w 和 b 以强调它可能是任意的函数，我们现在先不局限于神经u2f79络的环境。 为了使问题更加简单我们先考虑两个变量的情况，想象 C 是u2f00个只有两个变量 和 的函数，我们的目的是找到 和 使得C最小。 如上图所示，我们的目的就是找到局部最小值。对于这样的一个问题，一种方法就是通过微积分的方法来解决，我们可以通过计算导数来求解C的极值点。但是对于神经网络来说，我们往往面对的是非常道的权值和偏置，也就是说v的维数不只是两维，有可能是亿万维的。对于一个高维的函数C(v)求导数几乎是不可能的。 在这种情况下，有人提出了一个有趣的算法。想象一下一个小球从山顶滚下山谷的过程， 我们的u2f47常经验告诉我们这个球最终会滚到u2f95底。我们先暂时忽略相关的物理定理， 对球体的u2f81眼观察是为了激发我们的想象u2f7d不是束缚我们的思维。因此与其陷进物理学u2fa5凌乱的细节，不如我们就这样问u2f83u2f30：如果我们扮演u2f00天的上帝，能够构造u2f83u2f30的物理定律，能够u2f40配球体可以如何滚动，那么我们将会采取什么样的运动学定律来让球体能够总是滚落到u2f95底呢？ 为了更精确地描述这个问题，让我们思考u2f00下，当我们在 和 u2f45向分别将球体移动u2f00个很u2f29的量，即 u2206 和 u2206 时，球体将会发u2f63什么情况。微积分告诉我们 C 将会有如下变化： 也可以用向量表示为 现在我们的问题就转换为不断寻找一个小于0的u2206C，使得C+u2206C不断变小。 假设我们选取： 这u2fa5的 η 是个很u2f29的正数（称为学习速率），于是 由于 ∥u2207C∥2 ≥ 0，这保证了 u2206C ≤ 0，即，如果我们按照上述u2f45程的规则去改变 v，那么 C 会u2f00直减u2f29，不会增加。 所以我们可以通过不断改变v来C的值不断下降，是小球滚到最低点。 总结u2f00下，梯度下降算法u2f2f作的u2f45式就是重复计算梯度 u2207C，然后沿着相反的u2f45向移动，沿着u2f2du2f95“滚落”。我们可以想象它像这样： 为了使梯度下降能够正确地运u2f8f，我们需要选择合适的学习速率η，确保C不断减少，直到找到最小值。 知道了两个变量的函数 C 的梯度下降方法，我们可以很容易的把它推广到多维。我们假设 C 是u2f00个有 m 个变量 的多元函数。 u2206C 将会变为： 其中， u2207C为 u2206v为： 更新规则为： 在回到神经网络中，w和b的更新规则为： 前面提到神经u2f79络如何使u2f64梯度下降算法来学习他们u2f83u2f9d的权重和偏置。但是，这u2fa5还留下了u2f00个问题：我们并没有讨论如何计算代价函数的梯度。这里就需要用到一个非常重要的算法：反向传播算法（backpropagation）。 反向传播算法的启示是数学中的链式法则。 四个方程： 输出层误差方程： 当前层误差方程： 误差方程关于偏置的关系： 误差方程关于权值的关系 算法描述： 检视这个算法，你可以看到为何它被称作反向传播。我们从最后u2f00层开始向后计算误差向量δ。这看起来有点奇怪，为何要从后u2faf开始。但是如果你认真思考反向传播的证明，这种反向移动其实是代价函数是u2f79络输出的函数的结果。为了理解代价随前u2faf层的权重和偏置变化的规律，我们需要重复作u2f64链式法则，反向地获得需要的表达式。 参考链接： http://neuralnetworksanddeeplearning.com/

Hinton发明了一种计算神经网络参数的快速算法 1. 简介神经网络模型的优化一直是深度学习领域的热门话题。在过去，计算神经网络参数一直是一个耗时极大的问题。然而，Hinton发明了一种快速算法，有效地解决了这个问题，这项技术大大提高了深度神经网络的训练速度，进一步推动了深度学习的发展。2. Hinton快速算法原理Hinton快速算法又被称为“反向传播算法”。其基本原理是通过链式法则来计算神经网络模型中每层的权重和偏置项的梯度。该算法利用了模型中复合函数的结构，从输出端向输入端不断更新权重和偏置项的值，使得误差不断减小，最终得到最优的参数值。3. 计算效率的提升Hinton快速算法的出现，大大提高了计算深度神经网络参数的效率和速度。相对于传统的计算方法，Hinton快速算法可以减少大量的计算量，同时还可以避免梯度消失或梯度爆炸的问题，使得模型的训练过程更加稳定和可靠。4. 应用场景Hinton快速算法被广泛应用于深度学习领域的各种任务，比如图像识别、语音识别、自然语言处理等。在这些任务中，深度神经网络模型需要大量的参数和计算，Hinton快速算法的高效计算能力可以有效地减少计算时间和资源，提高模型的性能和效果。5. 结论总之，Hinton发明的快速算法在深度学习领域的应用前景非常广阔。它的出现极大地提高了深度神经网络的训练效率和精度，为各种深度学习应用提供了更为可靠和稳定的技术支持。

我现在做的毕业设计是数据融合 用了最小二乘法也就是你所说的多元线性回归和神经网络

在汽车的设计过程中得到了应用，可以让汽车的操作变得更加灵敏，在汽车的操作过程中得到了应用，在汽车的行驶过程中得到了应用，在汽车的检测过程中也得到了应用，在汽车的维修过程中也得到了应用。

神经网络本质上就是非线性的模型，利用干这个模型可以实现各种未知模型的逼近。至于学习和工作原理，给你举个简单例子：假设已知两个点，我们都知道两个点可以确定一条直线，那如果用模型该怎么表达呢？先假设y=ax+b,x是输入，y是输出，a和b是未知数，需要通过已知的两个点的数据算出来的，将两个点带入则可以计算出来a和b，这个过程相当于神经网络的学习。当确定了a和b后，现在如果给出来一个x，就可以计算出来一个确定的y，相当于神经网络的工作。只不过神经网络一般的模型都是非线性的，基本原理与上面描述相似。

神经网络是智能控制技术的主要分支之一。本书的主要内容有：神经网络的概念，神经网络的分类与学习方法，前向神经网络模型及其算法，改进的BP网络及其控制、辨识建模，基于遗传算法的神经网络，基于模糊理论的神经网络，RBF网络及其在混沌背景下对微弱信号的测量与控制，反馈网络，Hopfield网络及其在字符识别中的应用，支持向量机及其故障诊断，小波神经网络及其在控制与辨识中的应用。本书内容全面，重点突出，以讲明基本概念和方法为主，尽量减少繁琐的数学推导，并给出一些结合工程应用的例题。本书附有光盘，其中包括结合各章节内容所开发的30多个源程序，可直接在MATLAB界面下运行，此外，还包括用Authorware和Flash软件制作的动画课件。本书既可作为自动化和电气自动化专业及相关专业的研究生教材，也可供机电类工程技术人员选用，还可作为有兴趣的读者自学与应用的参考书。

直接简单介绍神经网络算法神经元：它是神经网络的基本单元。神经元先获得输入，然后执行某些数学运算后，再产生一个输出。神经元内输入 经历了3步数学运算， 先将两个输入乘以 权重 ： 权重 指某一因素或指标相对于某一事物的重要程度，其不同于一般的比重，体现的不仅仅是某一因素或指标所占的百分比，强调的是因素或指标的相对重要程度 x1→x1 × w1 x2→x2 × w2 把两个结果相加，加上一个 偏置 ： （x1 × w1）+（x2 × w2）+ b 最后将它们经过 激活函数 处理得到输出： y = f(x1 × w1 + x2 × w2 + b) 激活函数 的作用是将无限制的输入转换为可预测形式的输出。一种常用的激活函数是 sigmoid函数 sigmoid函数的输出 介于0和1，我们可以理解为它把 (u2212∞,+∞) 范围内的数压缩到 (0, 1)以内。正值越大输出越接近1，负向数值越大输出越接近0。神经网络： 神经网络就是把一堆神经元连接在一起 隐藏层 是夹在输入输入层和输出层之间的部分，一个神经网络可以有多个隐藏层。 前馈 是指神经元的输入向前传递获得输出的过程训练神经网络 ，其实这就是一个优化的过程，将损失最小化 损失 是判断训练神经网络的一个标准 可用 均方误差 定义损失 均方误差 是反映 估计量 与 被估计量 之间差异程度的一种度量。设t是根据子样确定的总体参数θ的一个估计量，(θ-t)2的 数学期望 ，称为估计量t的 均方误差 。它等于σ2+b2，其中σ2与b分别是t的 方差 与 偏倚 。 预测值 是由一系列网络权重和偏置计算出来的值 反向传播 是指向后计算偏导数的系统 正向传播算法 是由前往后进行的一个算法

原文链接： http://blackblog.tech/2018/02/23/Eight-Neural-Network/ 更多干货就在我的个人博客 http://blackblog.tech 欢迎关注 刚刚入门神经网络，往往会对众多的神经网络架构感到困惑，神经网络看起来复杂多样，但是这么多架构无非也就是三类，前馈神经网络，循环网络，对称连接网络，本文将介绍四种常见的神经网络，分别是CNN，RNN，DBN，GAN。通过这四种基本的神经网络架构，我们来对神经网络进行一定的了解。 神经网络是机器学习中的一种模型，是一种模仿动物神经网络行为特征，进行分布式并行信息处理的算法数学模型。这种网络依靠系统的复杂程度，通过调整内部大量节点之间相互连接的关系，从而达到处理信息的目的。 一般来说，神经网络的架构可以分为三类： 前馈神经网络： 这是实际应用中最常见的神经网络类型。第一层是输入，最后一层是输出。如果有多个隐藏层，我们称之为“深度”神经网络。他们计算出一系列改变样本相似性的变换。各层神经元的活动是前一层活动的非线性函数。 循环网络： 循环网络在他们的连接图中定向了循环，这意味着你可以按照箭头回到你开始的地方。他们可以有复杂的动态，使其很难训练。他们更具有生物真实性。 循环网络的目的使用来处理序列数据。在传统的神经网络模型中，是从输入层到隐含层再到输出层，层与层之间是全连接的，每层之间的节点是无连接的。但是这种普通的神经网络对于很多问题却无能无力。例如，你要预测句子的下一个单词是什么，一般需要用到前面的单词，因为一个句子中前后单词并不是独立的。 循环神经网路，即一个序列当前的输出与前面的输出也有关。具体的表现形式为网络会对前面的信息进行记忆并应用于当前输出的计算中，即隐藏层之间的节点不再无连接而是有连接的，并且隐藏层的输入不仅包括输入层的输出还包括上一时刻隐藏层的输出。 对称连接网络： 对称连接网络有点像循环网络，但是单元之间的连接是对称的（它们在两个方向上权重相同）。比起循环网络，对称连接网络更容易分析。这个网络中有更多的限制，因为它们遵守能量函数定律。没有隐藏单元的对称连接网络被称为“Hopfield 网络”。有隐藏单元的对称连接的网络被称为玻尔兹曼机。 其实之前的帖子讲过一些关于感知机的内容，这里再复述一下。 首先还是这张图 这是一个M-P神经元 一个神经元有n个输入，每一个输入对应一个权值w，神经元内会对输入与权重做乘法后求和，求和的结果与偏置做差，最终将结果放入激活函数中，由激活函数给出最后的输出，输出往往是二进制的，0 状态代表抑制，1 状态代表激活。 可以把感知机看作是 n 维实例空间中的超平面决策面，对于超平面一侧的样本，感知器输出 1，对于另一侧的实例输出 0，这个决策超平面方程是 wu22c5x=0。 那些可以被某一个超平面分割的正反样例集合称为线性可分(linearly separable)样例集合，它们就可以使用图中的感知机表示。 与、或、非问题都是线性可分的问题，使用一个有两输入的感知机能容易地表示，而异或并不是一个线性可分的问题，所以使用单层感知机是不行的，这时候就要使用多层感知机来解决疑惑问题了。 如果我们要训练一个感知机，应该怎么办呢？ 我们会从随机的权值开始，反复地应用这个感知机到每个训练样例，只要它误分类样例就修改感知机的权值。重复这个过程，直到感知机正确分类所有的样例。每一步根据感知机训练法则来修改权值，也就是修改与输入 xi 对应的权 wi，法则如下： 这里 t 是当前训练样例的目标输出，o 是感知机的输出，η 是一个正的常数称为学习速率。学习速率的作用是缓和每一步调整权的程度，它通常被设为一个小的数值（例如 0.1），而且有时会使其随着权调整次数的增加而衰减。 多层感知机，或者说是多层神经网络无非就是在输入层与输出层之间加了多个隐藏层而已，后续的CNN，DBN等神经网络只不过是将重新设计了每一层的类型。感知机可以说是神经网络的基础，后续更为复杂的神经网络都离不开最简单的感知机的模型， 谈到机器学习，我们往往还会跟上一个词语，叫做模式识别，但是真实环境中的模式识别往往会出现各种问题。比如： 图像分割：真实场景中总是掺杂着其它物体。很难判断哪些部分属于同一个对象。对象的某些部分可以隐藏在其他对象的后面。 物体光照：像素的强度被光照强烈影响。 图像变形：物体可以以各种非仿射方式变形。例如，手写也可以有一个大的圆圈或只是一个尖头。 情景支持：物体所属类别通常由它们的使用方式来定义。例如，椅子是为了让人们坐在上面而设计的，因此它们具有各种各样的物理形状。 卷积神经网络与普通神经网络的区别在于，卷积神经网络包含了一个由卷积层和子采样层构成的特征抽取器。在卷积神经网络的卷积层中，一个神经元只与部分邻层神经元连接。在CNN的一个卷积层中，通常包含若干个特征平面(featureMap)，每个特征平面由一些矩形排列的的神经元组成，同一特征平面的神经元共享权值，这里共享的权值就是卷积核。卷积核一般以随机小数矩阵的形式初始化，在网络的训练过程中卷积核将学习得到合理的权值。共享权值（卷积核）带来的直接好处是减少网络各层之间的连接，同时又降低了过拟合的风险。子采样也叫做池化（pooling），通常有均值子采样（mean pooling）和最大值子采样（max pooling）两种形式。子采样可以看作一种特殊的卷积过程。卷积和子采样大大简化了模型复杂度，减少了模型的参数。 卷积神经网络由三部分构成。第一部分是输入层。第二部分由n个卷积层和池化层的组合组成。第三部分由一个全连结的多层感知机分类器构成。 这里举AlexNet为例： ·输入：224×224大小的图片，3通道 ·第一层卷积：11×11大小的卷积核96个，每个GPU上48个。 ·第一层max-pooling：2×2的核。 ·第二层卷积：5×5卷积核256个，每个GPU上128个。 ·第二层max-pooling：2×2的核。 ·第三层卷积：与上一层是全连接，3*3的卷积核384个。分到两个GPU上个192个。 ·第四层卷积：3×3的卷积核384个，两个GPU各192个。该层与上一层连接没有经过pooling层。 ·第五层卷积：3×3的卷积核256个，两个GPU上个128个。 ·第五层max-pooling：2×2的核。 ·第一层全连接：4096维，将第五层max-pooling的输出连接成为一个一维向量，作为该层的输入。 ·第二层全连接：4096维 ·Softmax层：输出为1000，输出的每一维都是图片属于该类别的概率。 卷积神经网络在模式识别领域有着重要应用，当然这里只是对卷积神经网络做了最简单的讲解，卷积神经网络中仍然有很多知识，比如局部感受野，权值共享，多卷积核等内容，后续有机会再进行讲解。 传统的神经网络对于很多问题难以处理，比如你要预测句子的下一个单词是什么，一般需要用到前面的单词，因为一个句子中前后单词并不是独立的。RNN之所以称为循环神经网路，即一个序列当前的输出与前面的输出也有关。具体的表现形式为网络会对前面的信息进行记忆并应用于当前输出的计算中，即隐藏层之间的节点不再无连接而是有连接的，并且隐藏层的输入不仅包括输入层的输出还包括上一时刻隐藏层的输出。理论上，RNN能够对任何长度的序列数据进行处理。 这是一个简单的RNN的结构，可以看到隐藏层自己是可以跟自己进行连接的。 那么RNN为什么隐藏层能够看到上一刻的隐藏层的输出呢，其实我们把这个网络展开来开就很清晰了。 从上面的公式我们可以看出，循环层和全连接层的区别就是循环层多了一个权重矩阵 W。 如果反复把式2带入到式1，我们将得到： 在讲DBN之前，我们需要对DBN的基本组成单位有一定的了解，那就是RBM，受限玻尔兹曼机。 首先什么是玻尔兹曼机？ [图片上传失败...(image-d36b31-1519636788074)] 如图所示为一个玻尔兹曼机，其蓝色节点为隐层，白色节点为输入层。 玻尔兹曼机和递归神经网络相比，区别体现在以下几点： 1、递归神经网络本质是学习一个函数，因此有输入和输出层的概念，而玻尔兹曼机的用处在于学习一组数据的“内在表示”，因此其没有输出层的概念。 2、递归神经网络各节点链接为有向环，而玻尔兹曼机各节点连接成无向完全图。 而受限玻尔兹曼机是什么呢？ 最简单的来说就是加入了限制，这个限制就是将完全图变成了二分图。即由一个显层和一个隐层构成，显层与隐层的神经元之间为双向全连接。 h表示隐藏层，v表示显层 在RBM中，任意两个相连的神经元之间有一个权值w表示其连接强度，每个神经元自身有一个偏置系数b（对显层神经元）和c（对隐层神经元）来表示其自身权重。 具体的公式推导在这里就不展示了 DBN是一个概率生成模型，与传统的判别模型的神经网络相对，生成模型是建立一个观察数据和标签之间的联合分布，对P(Observation|Label)和 P(Label|Observation)都做了评估，而判别模型仅仅而已评估了后者，也就是P(Label|Observation)。 DBN由多个限制玻尔兹曼机（Restricted Boltzmann Machines）层组成，一个典型的神经网络类型如图所示。这些网络被“限制”为一个可视层和一个隐层，层间存在连接，但层内的单元间不存在连接。隐层单元被训练去捕捉在可视层表现出来的高阶数据的相关性。 生成对抗网络其实在之前的帖子中做过讲解，这里在说明一下。 生成对抗网络的目标在于生成，我们传统的网络结构往往都是判别模型，即判断一个样本的真实性。而生成模型能够根据所提供的样本生成类似的新样本，注意这些样本是由计算机学习而来的。 GAN一般由两个网络组成，生成模型网络，判别模型网络。 生成模型 G 捕捉样本数据的分布，用服从某一分布（均匀分布，高斯分布等）的噪声 z 生成一个类似真实训练数据的样本，追求效果是越像真实样本越好；判别模型 D 是一个二分类器，估计一个样本来自于训练数据（而非生成数据）的概率，如果样本来自于真实的训练数据，D 输出大概率，否则，D 输出小概率。 举个例子：生成网络 G 好比假币制造团伙，专门制造假币，判别网络 D 好比警察，专门检测使用的货币是真币还是假币，G 的目标是想方设法生成和真币一样的货币，使得 D 判别不出来，D 的目标是想方设法检测出来 G 生成的假币。 传统的判别网络： 生成对抗网络： 下面展示一个cDCGAN的例子（前面帖子中写过的） 生成网络 判别网络 最终结果，使用MNIST作为初始样本，通过学习后生成的数字，可以看到学习的效果还是不错的。 本文非常简单的介绍了四种神经网络的架构，CNN，RNN，DBN，GAN。当然也仅仅是简单的介绍，并没有深层次讲解其内涵。这四种神经网络的架构十分常见，应用也十分广泛。当然关于神经网络的知识，不可能几篇帖子就讲解完，这里知识讲解一些基础知识，帮助大家快速入（zhuang）门（bi）。后面的帖子将对深度自动编码器，Hopfield 网络长短期记忆网络（LSTM）进行讲解。

　神经网络可以指向两种，一个是生物神经网络，一个是人工神经网络。　　生物神经网络：一般指生物的大脑神经元，细胞，触点等组成的网络，用于产生生物的意识，帮助生物进行思考和行动。　　人工神经网络也简称为神经网络（NNs）或称作连接模型，它是一种模仿动物神经网络行为特征，进行分布式并行信息处理的算法数学模型。这种网络依靠系统的复杂程度，通过调整内部大量节点之间相互连接的关系，从而达到处理信息的目的。人工神经网络是一种应用类似于大脑神经突触联接的结构进行信息处理的数学模型。在工程与学术界也常直接简称为“神经网络”或类神经网络。人工神经网络　　人工神经网络（Artificial Neural Network，即ANN ），是20世纪80 年代以来人工智能领域兴起的研究热点。它从信息处理角度对人脑神经元网络进行抽象， 建立某种简单模型，按不同的连接方式组成不同的网络。在工程与学术界也常直接简称为神经网络或类神经网络。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/32472241 卷积神经网络，这玩意儿乍一听像是生物和数学再带点计算机技术混合起来的奇怪东西。奇怪归奇怪，不得不说，卷积神经网络是计算机视觉领域最有影响力的创造之一。 2012年是卷积神经网络崛起之年。这一年，Alex Krizhevsky带着卷积神经网络参加了ImageNet竞赛（其重要程度相当于奥运会）并一鸣惊人，将识别错误率从26%降到了15%,。从那开始，很多公司开始使用深度学习作为他们服务的核心。比如，Facebook在他们的自动标记算法中使用了它，Google在照片搜索中使用了，Amazon在商品推荐中使用，Printerst应用于为他们的家庭饲养服务提供个性化定制，而Instagram应用于他们的搜索引擎。 然而，神经网络最开始也是最多的应用领域是图像处理。那我们就挑这块来聊聊，怎样使用卷积神经网络（下面简称CNN）来进行图像分类。 图像分类是指，向机器输入一张图片，然后机器告诉我们这张图片的类别（一只猫，一条狗等等），或者如果它不确定的话，它会告诉我们属于某个类别的可能性（很可能是条狗但是我不太确定）。对我们人类来说，这件事情简单的不能再简单了，从出生起，我们就可以很快地识别周围的物体是什么。当我们看到一个场景，我们总能快速地识别出所有物体，甚至是下意识的，没有经过有意的思考。但这种能力，机器并不具有。所以我们更加要好好珍惜自己的大脑呀！ (:зゝ∠) 电脑和人看到的图片并不相同。当我们输入一张图片时，电脑得到的只是一个数组，记录着像素的信息。数组的大小由图像的清晰度和大小决定。假设我们有一张jpg格式的480 480大小的图片，那么表示它的数组便是480 480*3大小的。数组中所有数字都描述了在那个位置处的像素信息，大小在[0,255]之间。 这些数字对我们来说毫无意义，但这是电脑们可以得到的唯一的信息（也足够了）。抽象而简单的说，我们需要一个接受数组为输入，输出一个数组表示属于各个类别概率的模型。 既然问题我们已经搞明白了，现在我们得想想办法解决它。我们想让电脑做的事情是找出不同图片之间的差别，并可以识别狗狗（举个例子）的特征。 我们人类可以通过一些与众不同的特征来识别图片，比如狗狗的爪子和狗有四条腿。同样地，电脑也可以通过识别更低层次的特征（曲线，直线）来进行图像识别。电脑用卷积层识别这些特征，并通过更多层卷积层结合在一起，就可以像人类一样识别出爪子和腿之类的高层次特征，从而完成任务。这正是CNN所做的事情的大概脉络。下面，我们进行更具体的讨论。 在正式开始之前，我们先来聊聊CNN的背景故事。当你第一次听说卷积神经网络的时候，你可能就会联想到一些与神经学或者生物学有关的东西，不得不说，卷积神经网络还真的与他们有某种关系。 CNN的灵感的确来自大脑中的视觉皮层。视觉皮层某些区域中的神经元只对特定视野区域敏感。1962年，在一个Hubel与Wiesel进行的试验（ 视频 ）中，这一想法被证实并且拓展了。他们发现，一些独立的神经元只有在特定方向的边界在视野中出现时才会兴奋。比如，一些神经元在水平边出现时兴奋，而另一些只有垂直边出现时才会。并且所有这种类型的神经元都在一个柱状组织中，并且被认为有能力产生视觉。 在一个系统中，一些特定的组件发挥特定的作用（视觉皮层中的神经元寻找各自特定的特征）。这一想法应用于很多机器中，并且也是CNN背后的基本原理。 （译者注：作者没有说清楚。类比到CNN中，应是不同的卷积核寻找图像中不同的特征） 回到主题。 更详细的说，CNN的工作流程是这样的：你把一张图片传递给模型，经过一些卷积层，非线性化（激活函数），池化，以及全连层，最后得到结果。就像我们之前所说的那样，输出可以是单独的一个类型，也可以是一组属于不同类型的概率。现在，最不容易的部分来了：理解各个层的作用。 首先，你要搞清楚的是，什么样的数据输入了卷积层。就像我们之前提到的那样，输入是一个32 × 32 × 3（打个比方）的记录像素值的数组。现在，让我来解释卷积层是什么。解释卷积层最好的方法，是想象一个手电筒照在图片的左上角。让我们假设手电筒的光可以招到一个5 × 5的区域。现在，让我们想象这个手电筒照过了图片的所有区域。在机器学习术语中，这样一个手电筒被称为卷积核（或者说过滤器，神经元） (kernel, filter, neuron) 。而它照到的区域被称为感知域 (receptive field) 。卷积核同样也是一个数组（其中的数被称为权重或者参数）。很重要的一点就是卷积核的深度和输入图像的深度是一样的（这保证可它能正常工作），所以这里卷积核的大小是5 × 5 × 3。 现在，让我们拿卷积核的初始位置作为例子，它应该在图像的左上角。当卷积核扫描它的感知域（也就是这张图左上角5 × 5 × 3的区域）的时候，它会将自己保存的权重与图像中的像素值相乘（或者说，矩阵元素各自相乘，注意与矩阵乘法区分），所得的积会相加在一起（在这个位置，卷积核会得到5 × 5 × 3 = 75个积）。现在你得到了一个数字。然而，这个数字只表示了卷积核在图像左上角的情况。现在，我们重复这一过程，让卷积核扫描完整张图片，（下一步应该往右移动一格，再下一步就再往右一格，以此类推），每一个不同的位置都产生了一个数字。当扫描完整张图片以后，你会得到一组新的28 × 28 × 1的数。 （译者注：(32 - 5 + 1) × (32 - 5 + 1) × 1） 。这组数，我们称为激活图或者特征图 (activation map or feature map) 。 如果增加卷积核的数目，比如，我们现在有两个卷积核，那么我们就会得到一个28 × 28 × 2的数组。通过使用更多的卷积核，我们可以更好的保留数据的空间尺寸。 在数学层面上说，这就是卷积层所做的事情。 让我们来谈谈，从更高角度来说，卷积在做什么。每一个卷积核都可以被看做特征识别器。我所说的特征，是指直线、简单的颜色、曲线之类的东西。这些都是所有图片共有的特点。拿一个7 × 7 × 3的卷积核作为例子，它的作用是识别一种曲线。（在这一章节，简单起见，我们忽略卷积核的深度，只考虑第一层的情况）。作为一个曲线识别器，这个卷积核的结构中，曲线区域内的数字更大。（记住，卷积核是一个数组） 现在我们来直观的看看这个。举个例子，假设我们要把这张图片分类。让我们把我们手头的这个卷积核放在图片的左上角。 记住，我们要做的事情是把卷积核中的权重和输入图片中的像素值相乘。 (译者注：图中最下方应是由于很多都是0所以把0略过不写了。) 基本上，如果输入图像中有与卷积核代表的形状很相似的图形，那么所有乘积的和会很大。现在我们来看看，如果我们移动了卷积核呢？ 可以看到，得到的值小多了！这是因为感知域中没有与卷积核表示的相一致的形状。还记得吗，卷积层的输出是一张激活图。所以，在单卷积核卷积的简单情况下，假设卷积核是一个曲线识别器，那么所得的激活图会显示出哪些地方最有可能有曲线。在这个例子中，我们所得激活图的左上角的值为6600。这样大的数字表明很有可能这片区域中有一些曲线，从而导致了卷积核的激活 （译者注：也就是产生了很大的数值。） 而激活图中右上角的数值是0，因为那里没有曲线来让卷积核激活（简单来说就是输入图像的那片区域没有曲线）。 但请记住，这只是一个卷积核的情况，只有一个找出向右弯曲的曲线的卷积核。我们可以添加其他卷积核，比如识别向左弯曲的曲线的。卷积核越多，激活图的深度就越深，我们得到的关于输入图像的信息就越多。 在传统的CNN结构中，还会有其他层穿插在卷积层之间。我强烈建议有兴趣的人去阅览并理解他们。但总的来说，他们提供了非线性化，保留了数据的维度，有助于提升网络的稳定度并且抑制过拟合。一个经典的CNN结构是这样的： 网络的最后一层很重要，我们稍后会讲到它。 现在，然我们回头看看我们已经学到了什么。 我们讲到了第一层卷积层的卷积核的目的是识别特征，他们识别像曲线和边这样的低层次特征。但可以想象，如果想预测一个图片的类别，必须让网络有能力识别高层次的特征，例如手、爪子或者耳朵。让我们想想网络第一层的输出是什么。假设我们有5个5 × 5 × 3的卷积核，输入图像是32 × 32 × 3的，那么我们会得到一个28 × 28 × 5的数组。来到第二层卷积层，第一层的输出便成了第二层的输入。这有些难以可视化。第一层的输入是原始图片，可第二层的输入只是第一层产生的激活图，激活图的每一层都表示了低层次特征的出现位置。如果用一些卷积核处理它，得到的会是表示高层次特征出现的激活图。这些特征的类型可能是半圆（曲线和边的组合）或者矩形（四条边的组合）。随着卷积层的增多，到最后，你可能会得到可以识别手写字迹、粉色物体等等的卷积核。 如果，你想知道更多关于可视化卷积核的信息，可以看这篇 研究报告 ，以及这个 视频 。 还有一件事情很有趣，当网络越来越深，卷积核会有越来越大的相对于输入图像的感知域。这意味着他们有能力考虑来自输入图像的更大范围的信息（或者说，他们对一片更大的像素区域负责）。 到目前为止，我们已经识别出了那些高层次的特征吧。网络最后的画龙点睛之笔是全连层。 简单地说，这一层接受输入（来自卷积层，池化层或者激活函数都可以），并输出一个N维向量，其中，N是所有有可能的类别的总数。例如，如果你想写一个识别数字的程序，那么N就是10，因为总共有10个数字。N维向量中的每一个数字都代表了属于某个类别的概率。打个比方，如果你得到了[0 0.1 0.1 0.75 0 0 0 0 0 0.05]，这代表着这张图片是1的概率是10%，是2的概率是10%，是3的概率是75%，是9的概率5%（小贴士：你还有其他表示输出的方法，但现在我只拿softmax (译者注：一种常用于分类问题的激活函数) 来展示）。全连层的工作方式是根据上一层的输出（也就是之前提到的可以用来表示特征的激活图）来决定这张图片有可能属于哪个类别。例如，如果程序需要预测哪些图片是狗，那么全连层在接收到一个包含类似于一个爪子和四条腿的激活图时输出一个很大的值。同样的，如果要预测鸟，那么全连层会对含有翅膀和喙的激活图更感兴趣。 基本上，全连层寻找那些最符合特定类别的特征，并且具有相应的权重，来使你可以得到正确的概率。 现在让我们来说说我之前有意没有提到的神经网络的可能是最重要的一个方面。刚刚在你阅读的时候，可能会有一大堆问题想问。第一层卷积层的卷积核们是怎么知道自己该识别边还是曲线的？全连层怎么知道该找哪一种激活图？每一层中的参数是怎么确定的？机器确定参数（或者说权重）的方法叫做反向传播算法。 在讲反向传播之前，我们得回头看看一个神经网络需要什么才能工作。我们出生的时候并不知道一条狗或者一只鸟长什么样。同样的，在CNN开始之前，权重都是随机生成的。卷积核并不知道要找边还是曲线。更深的卷积层也不知道要找爪子还是喙。 等我们慢慢长大了，我们的老师和父母给我们看不同的图片，并且告诉我们那是什么（或者说，他们的类别）。这种输入一幅图像以及这幅图像所属的类别的想法，是CNN训练的基本思路。在细细讲反向传播之前，我们先假设我们有一个包含上千张不同种类的动物以及他们所属类别的训练集。 反向传播可以被分成四个不同的部分。前向传播、损失函数、反向传播和权重更新。 在前向传播的阶段，我们输入一张训练图片，并让它通过整个神经网络。对于第一个输入图像，由于所有权重都是随机生成的，网络的输出很有可能是类似于[.1 .1 .1 .1 .1 .1 .1 .1 .1 .1]的东西，一般来说并不对任一类别有偏好。具有当前权重的网络并没有能力找出低层次的特征并且总结出可能的类别。 下一步，是损失函数部分。注意，我们现在使用的是训练数据。这些数据又有图片又有类别。打个比方，第一张输入的图片是数字“3”。那么它的标签应该是[0 0 0 1 0 0 0 0 0 0]。一个损失函数可以有很多定义的方法，但比较常见的是MSE（均方误差）。被定义为(实际u2212预测)22(实际u2212预测)22。 记变量L为损失函数的值。正如你想象的那样，在第一组训练图片输入的时候，损失函数的值可能非常非常高。来直观地看看这个问题。我们想到达CNN的预测与数据标签完全一样的点（这意味着我们的网络预测的很对）。为了到达那里，我们想要最小化误差。如果把这个看成一个微积分问题，那我们只要找到哪些权重与网络的误差关系最大。 这就相当于数学中的δLδWδLδW (译者注：对L关于W求导) ，其中，W是某个层的权重。现在，我们要对网络进行 反向传播 。这决定了哪些权重与误差的关系最大，并且决定了怎样调整他们来让误差减小。计算完这些导数以后，我们就来到了最后一步： 更新权重 。在这里，我们以与梯度相反的方向调整层中的权重。 学习率是一个有程序员决定的参数。一个很高的学习率意味着权重调整的幅度会很大，这可能会让模型更快的拥有一组优秀的权重。然而，一个太高的学习率可能会让调整的步伐过大，而不能精确地到达最佳点。 前向传播、损失函数、反向传播和更新权重，这四个过程是一次迭代。程序会对每一组训练图片重复这一过程（一组图片通常称为一个batch）。当对每一张图片都训练完之后，很有可能你的网络就已经训练好了，权重已经被调整的很好。 最后，为了验证CNN是否工作的很好，我们还有另一组特殊的数据。我们把这组数据中的图片输入到网络中，得到输出并和标签比较，这样就能看出网络的表现如何了。

玖玖糖同学回答的好详细，本来还想说点什么的，看来啥都不用说了简单的说就是，规范化表示人的思维方式，模拟人的思维，可以使计算机自己进行学习和判断（但是至今任何尖端成果都不能模拟哪怕是幼儿的思维，人太伟大了！！！）

　　度学习的概念源于人工神经网络的研究。含多隐层的多层感知器就是一种深度学习结构，通过组合低层特征形成更加抽象的高层表示属性类别或特征，以发现数据的分布式特征表示。深度学习的概念由Hinton等人于2006年提出，基于深信度网(DBN)提出非监督贪心逐层训练算法，为解决深层结构相关的优化难题带来希望，随后提出多层自动编码器深层结构。深度学习是机器学习研究中的一个新的领域，其动机在于建立、模拟人脑进行分析学习的神经网络，它模仿人脑的机制来解释数据，例如图像，声音和文本。　　系统地论述了神经网络的基本原理、方法、技术和应用，主要内容包括：神经信息处理的基本原理、感知器、反向传播网络、自组织网络、递归网络、径向基函数网络、核函数方法、神经网络集成、模糊神经网络、概率神经网络、脉冲耦合神经网络、神经场理论、神经元集群以及神经计算机。每章末附有习题，书末附有详细的参考文献。神经网络是通过对人脑或生物神经网络的抽象和建模，研究非程序的、适应性的、大脑风格的信息处理的本质和能力。它以脑科学和认知神经科学的研究成果为基础，拓展智能信息处理的方法，为解决复杂问题和智能控制提供有效的途径，是智能科学和计算智能的重要部分。

人工神经网络也具有初步的自适应与自组织能力。在学习或训练过程中改变突触权重值，以适应周围环境的要求。同一网络因学习方式及内容不同可具有不同的功能。人工神经网络是一个具有学习能力的系统，可以发展知识，以致超过设计者原有的知识水平。通常，它的学习训练方式可分为两种，一种是有监督或称有导师的学习，这时利用给定的样本标准进行分类或模仿；另一种是无监督学习或称无为导师学习，这时，只规定学习方式或某些规则，则具体的学习内容随系统所处环境（即输入信号情况）而异，系统可以自动发现环境特征和规律性，具有更近似人脑的功能。神经网络就像是一个爱学习的孩子，您教她的知识她是不会忘记而且会学以致用的。我们把学习集（Learning Set）中的每个输入加到神经网络中，并告诉神经网络输出应该是什么分类。在全部学习集都运行完成之后，神经网络就根据这些例子总结出她自己的想法，到底她是怎么归纳的就是一个黑盒了。之后我们就可以把测试集（Testing Set）中的测试例子用神经网络来分别作测试，如果测试通过（比如80%或90%的正确率），那么神经网络就构建成功了。我们之后就可以用这个神经网络来判断事务的分类了。神经网络是通过对人脑的基本单元——神经元的建模和联接，探索模拟人脑神经系统功能的模型，并研制一种具有学习、联想、记忆和模式识别等智能信息处理功能的人工系统。神经网络的一个重要特性是它能够从环境中学习，并把学习的结果分布存储于网络的突触连接中。神经网络的学习是一个过程，在其所处环境的激励下，相继给网络输入一些样本模式，并按照一定的规则（学习算法）调整网络各层的权值矩阵，待网络各层权值都收敛到一定值，学习过程结束。然后我们就可以用生成的神经网络来对真实数据做分类。

《模式识别与机器学习》 [加] Simon Haykin《神经网络与模式识别》 [加] Simon Haykin（原《神经网络原理》）《模式分类》 Richard O. Duda/Peter E. Hart/David G. Stork《机器学习》 (美)Tom Mitchell这几本是写的最好的。如果你想要更容易一点，推荐看斯坦福的机器学习公开课。注：前身课程需要《概率论》《高等数学》，先复习为好。最好再读一读测度和高概。

第0节、引例 本文以Fisher的Iris数据集作为神经网络程序的测试数据集。Iris数据集可以在http://en.wikipedia.org/wiki/Iris_flower_data_set 找到。这里简要介绍一下Iris数据集：有一批Iris花，已知这批Iris花可分为3个品种，现需要对其进行分类。不同品种的Iris花的花萼长度、花萼宽度、花瓣长度、花瓣宽度会有差异。我们现有一批已知品种的Iris花的花萼长度、花萼宽度、花瓣长度、花瓣宽度的数据。　　一种解决方法是用已有的数据训练一个神经网络用作分类器。　　如果你只想用C#或Matlab快速实现神经网络来解决你手头上的问题，或者已经了解神经网络基本原理，请直接跳到第二节——神经网络实现。第一节、神经网络基本原理 1. 人工神经元( Artificial Neuron )模型 人工神经元是神经网络的基本元素，其原理可以用下图表示：图1. 人工神经元模型 图中x1~xn是从其他神经元传来的输入信号，wij表示表示从神经元j到神经元i的连接权值，θ表示一个阈值 ( threshold )，或称为偏置( bias )。则神经元i的输出与输入的关系表示为：　　图中 yi表示神经元i的输出，函数f称为激活函数 ( Activation Function )或转移函数 ( Transfer Function ) ，net称为净激活(net activation)。若将阈值看成是神经元i的一个输入x0的权重wi0，则上面的式子可以简化为：　　若用X表示输入向量，用W表示权重向量，即：X = [ x0 , x1 , x2 , ....... , xn ] 　　则神经元的输出可以表示为向量相乘的形式：若神经元的净激活net为正，称该神经元处于激活状态或兴奋状态(fire)，若净激活net为负，则称神经元处于抑制状态。 图1中的这种“阈值加权和”的神经元模型称为M-P模型 ( McCulloch-Pitts Model )，也称为神经网络的一个处理单元( PE, Processing Element )。2. 常用激活函数 激活函数的选择是构建神经网络过程中的重要环节，下面简要介绍常用的激活函数。(1) 线性函数 ( Liner Function ) (2) 斜面函数 ( Ramp Function ) (3) 阈值函数 ( Threshold Function )以上3个激活函数都属于线性函数，下面介绍两个常用的非线性激活函数。(4) S形函数 ( Sigmoid Function )　　该函数的导函数：(5) 双极S形函数 　　该函数的导函数：　　S形函数与双极S形函数的图像如下：图3. S形函数与双极S形函数图像　　双极S形函数与S形函数主要区别在于函数的值域，双极S形函数值域是(-1,1)，而S形函数值域是(0,1)。　　由于S形函数与双极S形函数都是可导的(导函数是连续函数)，因此适合用在BP神经网络中。（BP算法要求激活函数可导）具体http://blog.csdn.net/gongxq0124/article/details/7681000/

神经网络实现图像识别的过程很复杂。但是大概过程很容易理解。我也是节选一篇图像识别技术的文章，大概说一下。图像识别技术主要是通过卷积神经网络来实现的。这种神经网络的优势在于，它利用了“同一图像中相邻像素的强关联性和强相似度”这一原理。具体而言就是，在一张图像中的两个相邻像素，比图像中两个分开的像素更具有关联性。但是，在一个常规的神经网络中，每个像素都被连接到了单独的神经元。这样一来，计算负担自然加重了。卷积神经网络通过削减许多不必要的连接来解决图像识别技术中的这一问题。运用图像识别技术中的术语来说就是，卷积神经网络按照关联程度筛选不必要的连接，进而使图像识别过程在计算上更具有可操作性。卷积神经网络有意地限制了图像识别时候的连接，让一个神经元只接受来自之前图层的小分段的输入（假设是3×3或5×5像素），避免了过重的计算负担。因此，每一个神经元只需要负责处理图像的一小部分。大大加快了速度和准确率。卷积神经网络在实施的过程中，实际上是分为两层，一个是卷积层，一个是汇聚层，简单理解就是卷积层将图片分散成一个一个或者3*3/5*5的小像素块，然后把这些输出值排列在图组中，用数字表示照片中各个区域的内容，数轴分别代表高度、宽度和颜色。那么，我们就得到了每一个图块的三维数值表达。汇聚层是将这个三维（或是四维）图组的空间维度与采样函数结合起来，输出一个仅包含了图像中相对重要的部分的联合数组。这一联合数组不仅能使卷积神经网络计算负担最小化，还能有效避免过度拟合的问题。以上大概就是使用卷积神经网络进行图像识别的过程。具体可以关注ATYUN人工智能平台的文章：揭秘图像识别技术，机器如何利用卷积神经网络“看见”这个世界

RPROP神经网络算法原理 　　 　　1993年德国Martin Riedmiller和Heinrich Braun在他们的论文“The RPROP Algorithm”中提出了这种方法。 　　RPROP算法的基本原理为：首先为各权重变化赋一个初始值，设定权重变化加速因子与减速因子，在网络前馈迭代中当连续误差梯度符号不变时，采用加速策略，加快训练速度；当连续误差梯度符号变化时，采用减速策略，以期稳定收敛。网络结合当前误差梯度符号与变化步长实现BP，同时，为了避免网络学习发生振荡或下溢，算法要求设定权重变化的上下限。参考文献：http://www.chinabaike.com/m/s/1483455.html

传统的计算机在进行繁琐、复杂的数值运算时，例如，计算圆周率π，就显得十分有能耐，比人高强；然而，面对人类认为比较容易的有关识别、判断方面的问题时，就显得笨手笨脚，力不从心。为了解决这个问题，科学家们一心想发明神经计算机，或叫神经元网络计算机。神经网络计算机的工作原理类似人脑。人脑由100亿～150亿个神经元组成，而每个神经元又和数千到数万个神经元相连接。神经网络计算机正是利用与人脑非常相似的神经网络进行信息处理的。神经网络计算机有着许多特点：第一，有着极强的自学能力。人们利用神经网络计算机的自学特点，可以方便地“教”会它认读自然语言文字。第二，神经元网络计算机的“智能”好像是自发产生的，不是严格设计出来的，这是各个神经元所做的简单事情集合起来的结果。这一点同人的大脑的工作原理极相似。第三，神经元网络计算机的资料不是贮存在存储器中，而是贮存在神经元之间的网络中。这就是说，即使个别神经网络断裂、破坏，也并不影响整体的运算能力，即它具有重建资料的能力。现在，人工神经网络技术的研究，已在许多部门获得了实际应用。例如，信息识别、系统控制、检测与监测智能化等。可以预计，在21世纪，人工神经网络的研究将会有新的突破。虽然用无生命的元器件实现人脑的所有功能是不可能的，但在某些特定的智能方面，接近或达到人脑水平的神经网络计算机将会十分普遍，届时，神经网络计算机将渗透到人类生活的各个领域。神经计算机是按照一种仿效人脑的神经网络模型工作的。由于这种模型能通过电路予以实现，因此人们不仅可以通过这一模型了解人的神经细胞是怎样工作的，而且还能把它制成集成电路的芯片，使计算机仿效神经系统工作。于是，便出现了利用神经网络工作原理的神经计算机。神经计算机不仅能够进行并行处理，而且还具有以下两种能力：第一，具有联想能力，例如见到红的、圆的、有芬香味的东西，便会联想起这是苹果。第二，具有自我组织能力，神经计算机通过多次处理同类问题，能够把各神经元连接成最适于处理该问题的网络，通过做同类工作而有所改进便是具有学习功能。最能发挥神经计算机长处的工作有图像识别、声音识别、运动控制等。由于神经计算机采用并行处理方式，很适合用光计算机来实现。今后，光计算机得到实用时，光神经计算机将会有更诱人的前景。

许多新型电子计算机不仅拥有高速的计算功能，而且还能模拟人脑的某种思维活动，就是说，拥有某些智能化的功能。然后，如果严格来鉴定一下，它们离真正的人脑思维功能实在差得太远了，而且有许多本质的差异。主要表现在人脑拥有高度的自我学习和联想、创造的能力，以及更高级的寻找最优方案和各种理性的、情感的功能。神经网络计算机就是通过人工神经网络，模仿人的大脑判断能力和适应能力、可并行处理多种数据功能的计算机。它可以判断对象的性质与状态，并能采取相应的行动，而且可同时并行处理实时变化的大量数据，并引出结论。生物的神经网络是通过树突和轴突连接起来的神经元的网络。神经信号在神经元之间传递，帮助人产生思考和记忆。人工神经网络是一种模仿生物神经网络而建立的运算模型，由大量的节点（或称神经元）之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数，称为激励函数。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值，称之为权重，这相当于人工神经网络的记忆。网络的输出依照网络的连接方式、权重值和激励函数的不同而不同。而网络自身通常都是对自然界的某种算法或者函数的逼近，也可能是对一种逻辑策略的表达。生物神经网络（左）、人工神经网络（右）与生物神经网络相似，人工神经网络也可以通过训练提高自身判断和处理的性能。其原理是向该神经网络输入足够多的样本，通过一定的算法来调整网络的结构，即权重值，使得网络的输出与预期值相符。经过训练的神经网络可以像人脑那样进行判断和预测，并且能同时接受几种信号并进行处理。譬如，它能去辨别一个签名的真伪。它不是凭签名的图像是否相像来判断，而是根据本人在签名时，笔尖上的压力随时间的变化以及移动的速度来判断。目前，神经网络计算机的主要用途是识别各种极其细微的变化和趋势，并发出信号。它已经被用来控制热核聚变反应、监督机器的运行、挑选苹果，甚至预测股市行情。

宇宙可能是一个巨大的神经网络，这个说法已经在民间流行很多年了，随着人类对宇宙认识的不断加深，未来甚至还会有更多的奇思妙想。不过最近，来自美国明尼苏达大学德卢斯分校的物理学教授维塔利·范丘林（Vitaly Vanchurin）在接受一个媒体采访时发布了一个惊人的理论，称宇宙在最基本层面上可能就是一个神经网络，而且这就是我们周围世界运作的实际方式。 实际范丘林去年8月就在预打印服务器arXiv上发表了一篇论文《作为神经网络的这个世界》，探讨了整个宇宙就是神经网络的可能性。之所以说惊人，是因为很少有科学家敢于如此大胆地发表这样的研究，毕竟宇宙是神经网络通常被认为是科幻或民科的范畴，科学家说出来就很不严肃了。 范丘林的核心思想很简单，整个宇宙中的每一个可观测对象，都可以用神经网络来建模，这意味着从广义上说，宇宙本身可能就是一个神经网络。而在适当的限制下，宇宙神经网络的动力学完全可以用还在发展的量子力学和广义相对论来近似。 范丘林确定了两种不同类型的动态自由度，包括“可训练”变量（如偏差向量或权重矩阵）和“隐藏”变量（如神经元的状态向量）。在可训练变量的随机演化中，范丘林证明在接近平衡时，其动力学可以用马德隆方程（Madelung equations）很好地近似，而在远离平衡时，则可以用汉密尔顿-雅可比方程很好地近似。这意味着可训练变量确实可以表现出经典和量子行为。而在研究隐藏变量的随机演化时，同样发现神经网络的学习动力学确实可以表现出量子力学和广义相对论所描述的近似行为。 所以范丘林得出了一个极为大胆的结论，宇宙在最基本层面上可能就是一个神经网络，而且这就是我们周围世界运作的实际方式。他认为要推翻他这个观点很容易，只需找到一个无法用神经网络原理描述的物理现象即可，然而现在似乎还找不到这样的现象。 范丘林甚至更大胆地提出，自然选择可能在所有尺度上都会发生，宇宙神经网络同样遵循自然选择的原则。不管是大于10^15米的宇宙尺度，还是100米到百万分之一米的生物尺度，还是小于10^-15米的亚原子尺度，自然选择可能无处不在。 根据自然选择的观点，更稳定的结构才能存活下来。那么我们现在所说的原子和粒子，实际上可能是从一些非常低复杂性的结构开始长期进化的结果；而我们现在所说的宏观观察者和生物细胞，可能就是更长时间进化的结果。 看来这硬是要把宇宙生生往一个巨大生物的路上逼了，那么宇宙都是一个生物了，我们又算什么呢？每个人都是巨大神经网络上的一个节点？我们存在的目的倒好解释，那么这个宇宙生物存在的意义又是什么呢？ 当然，范丘林自己也认为，目前认为自然选择可能在所有尺度上都相关的说法还是推测性的，但把宇宙看成一个巨大的神经网络，似乎确实为观察者提供了一个非常有趣的新视角。 那么你的看法是什么呢？你要怎样证明宇宙是一个巨大的神经网络，或者干脆就是一个巨大的生物呢？

神经网络控制系统，即基于神经网络控制或简称神经控制，是指在控制系统中采用神经网络这一工具对难以精确描述的复杂的非线性对象进行建模，或充当控制器，或优化计算，或进行推理，或故障诊断等，亦即同时兼有上述某些功能的适应组合，将这样的系统统称为神经网络的控制系统，将这种控制方式称为神经网络控制。生物神经网络主要是指人脑的神经网络，它是人工神经网络的技术原型。人脑是人类思维的物质基础，思维的功能定位在大脑皮层，后者含有大约10^11个神经元，每个神经元又通过神经突触与大约103个其它神经元相连，形成一个高度复杂高度灵活的动态网络。作为一门学科，生物神经网络主要研究人脑神经网络的结构、功能及其工作机制，意在探索人脑思维和智能活动的规律。人工神经网络是生物神经网络在某种简化意义下的技术复现，作为一门学科。它的主要任务是根据生物神经网络的原理和实际应用的需要建造实用的人工神经网络模型，设计相应的学习算法，模拟人脑的某种智能活动，然后在技术上实现出来用以解决实际问题。因此，生物神经网络主要研究智能的机理；人工神经网络主要研究智能机理的实现，两者相辅相成。

使用神经网络让人工智能能够识别出动物的确切时间难以确定，因为神经网络作为一种技术，其应用和发展是一个渐进的过程。然而，深度学习技术在计算机视觉领域的应用已经有数十年的历史。随着计算机硬件的不断发展和神经网络算法的不断改进，神经网络在图像识别方面的性能也在不断提高。神经网络的原理是通过多层神经元的组合和计算，将输入的图像转化为一个概率分布，来识别图像中的物体。通常，神经网络的训练过程需要大量的标记数据集，其中包含了大量的图像和相应的标签（即图像中的物体类别），神经网络通过不断地反向传播误差，更新自己的权重，从而学习如何将输入图像映射到正确的标签。对于动物识别任务，神经网络需要在大量的动物图像数据集中进行训练，这些数据集通常包含了各种不同种类的动物图像，每张图像都需要被标注为所属的动物类别。一旦神经网络完成训练，它就可以对新的动物图像进行分类预测，将其归类为某种动物类别。近年来，深度学习技术已经广泛应用于计算机视觉领域，包括图像分类、目标检测、人脸识别等任务。通过神经网络的不断改进和优化，人工智能系统已经可以识别出各种不同种类的动物，并能够在大规模数据集上达到非常高的分类准确率。

训练样本是用来训练学习机的，测试样本是学习机要识别的对象。比如你想让一台电脑能识别茶杯，首先你要准备一个茶杯(训练样本)，然后把茶杯给计算机看(数据输入)，并告诉电脑说这样的东东是茶杯(期望输出)，电脑看到茶杯后它认为是花盆，但看到你的期望是茶杯，他就不停训练自己这个是茶杯不是花盆，直到电脑他自己认为茶杯是茶杯后结束（这个过程叫学习），然后你把另一只茶杯(测试样本)放在电脑面前，并问他这是什么东东，电脑通过运算后告诉你是茶杯(这个过程叫识别)。神经网络的原理是输入层的数据经过多个神经元后的输出值尽量接近给出的期望值，如果输出值与期望值误差大，则反复修改神经元的权，直到输出值与期望值的误差在可接受范围。

美国一位物理学家说的话又引起热议了，他说了什么呢？原来这位教授公开声称 宇宙是个巨大的 神经网络 。 太惊人了，这真是位物理学家说的话吗？人类对宇宙的猜测还有哪些？有哪些证据？人们对宇宙进行过什么研究？ 难道，宇宙真的是一个活的神经网络吗？ 人类作为地球的霸主虽然地位很高，但真要说在地球上的分量，其实也只是普通物种之一，更不要说在宇宙这样的大环境下。 宇宙包括世间万物， 地球之内和之外，时间与空间，囊括了存在的所有物质 ，大到人类根本看不到宇宙的边界。 虽然人们一直在 探索 宇宙深处的秘密，但却始终无法触及。 不过随着科学家们对自然界和物理界的不断研究，他们发现事物之间仿佛存在某种规律和联系。 而这种联系并不单只是在某个领域，而是全局性的。 正当人们不知道该如何解释这一点时，美国物理学教授文 维塔利·范丘林 在《作为神经网络的这个世界》这篇文章中阐述了他对于宇宙的观点。 他认为宇宙其实就是一个巨大的神经网络。 范丘林认为， 宇宙中的可观测对象皆能用神经网络来建模 ，这不就是说把整个宇宙联系起来的话，就是一个巨大的神经网络吗？ 范丘林还称神经网络就是我们实际生活中的运作方式，不信可以想一下周围世界的物理现象有没有不能用神经网络原理解释的，他能说出这样的话说明他考虑出的结果就是没有。 甚至他还说， 宇宙神经网络中也同样适用 自然选择 的法则 ，不管这个宇宙中的尺度有多大或多小，都遵循自然选择。 范丘林教授并不是第一个提出宇宙是个神经网络的人，只不过他将这番言论以近乎确实的口吻说了出来。 早在 2012年的《自然》杂志 上，就有一篇关于大脑神经和宇宙结构的文章发布。 文章指出： 也就是说，宇宙中一个个 星系云团 形成的画面就像大脑中互相连接的神经系统一样。 至于范丘林教授提到的宇宙是个活的神经网络，是指宇宙从诞生之初就好像一直在成长的过程中。 比如奇点的 宇宙大爆炸就像是单细胞的分裂 ，然后宇宙继续膨胀气体云聚集形成天体。 这就像细胞的能量组合，后来宇宙又慢慢形成星系， 如同细胞进化成了物质 ，最后宇宙完成神经网络的构建， 物质也演变成了生命体 。 这样看来宇宙本身确实还挺像个神经网络的，只不过作为一个活的神经网络，宇宙又是哪个“生物”的构成部分呢？ 这个“生物”真的存在吗？ 无论如何，范丘林教授至少给人们提供了一种独特的观察宇宙的视角，而不是总把宇宙当成一个无法触及的事物。 况且在对宇宙的种种猜测之中，宇宙是个活神经网络的看法并不是最惊奇的。 人类对宇宙的向往古已有之， 西方有宙斯天神的传说，我国有玉皇大帝的故事 。 虽然古时候的人们并没能跳出地球看到地球之外的景象，但这并不妨碍他们对其展开想象。 不管是哪边的神仙，无一例外都在天上过着锦衣玉食、无忧无虑的生活。 而且每个神仙都有比普通人强上百倍的能力，各种神奇技能应有尽有。 其中飞行便是最为日常的能力，就跟人类走路似的。 到了近现代， 人类开始了 工业革命 ，科学技术飞速发展 ，整个人类 社会 发生了翻天覆地的改变，吃饱穿暖之后人们将目光看向了天空，想要一睹神话中的天堂是什么模样。 于是航空事业启动， 各种各样的探测器和宇宙飞船接二连三的试验、失败、试验、失败、到最后的成功发射 。 人们渐渐了解了地球之外的世界，知道了地球是球状的，有70%都是海洋，以及月亮原来只是一个不发光的“大石头”，里面没有嫦娥和玉兔， 宇宙间除了漂浮着的天体之外也没有什么神仙 。 虽然人类一直在寻找有没有其他生命存在在地球之外， 但目前对金星、火星、月球的研究之下都未能发现生命的痕迹 。 不过人类很擅长坚持，相信寻找地外生命的任务会一直进行下去，总有一天能发现一些蛛丝马迹。 有人认为宇宙可能是一台 计算机程序 ，因为宇宙间的事物被安排得实在过于有序，就像被人设好了参数一样在运行着。 地球的 四季交替、生死轮回、生态链的一环扣一环 ，这些都像是按照既定程序在运作一样。 地球只不过是宇宙这台巨大程序的一个小的附件就好像一台桌面的某个app一样，宇宙的崩溃一定会带来地球的动荡毁灭，但如果地球发生事故却对宇宙产生不了什么影响。 就像软件和程序一样， 宇宙有能力对地球进行更新，排除错误的信息 。 比如让太阳为地球生物 提供热量和紫外线照射 ，同时利用木星和土星为地球阻挡飞来的小行星撞击。 如果宇宙这台主机程序出了故障，那么也许会关机重启，整个宇宙可能将重新从一个奇点开始发展。 值得一提的是，这甚至也与科学家的宇宙循环论相契合了，宇宙循环论就认为地球甚至宇宙会在发展到一定阶段时，重新回到原点，然后以之前的演变重新开始。 也有人觉得宇宙是被“上帝”所安排的，这个上帝可不是神话中的宙斯，或者说宙斯的能力还远达不到“上帝”的实力。 这些人认为创造宇宙的上帝是一种拥有超高智慧和能力的存在， 它们可能不是实体也不一定存在于 三维空间 中 。 创造宇宙只不过是它们做的一个实验，用以观察宇宙的演化会出现什么偏差，它们提前设定好了各个阶段的任务，看宇宙是否能完成这些任务。 甚至在这种智慧生命的世界中，我们所处宇宙的时间可能只是它们的弹指一挥间，就跟传说中的天上一日地下一年一般，所以它们才能够在短时间内观察如此漫长的宇宙演化过程， 毕竟光地球的形成都花了46亿年 。 如果说上帝的存在不是实体，那么它们是否亲自进入了自己的实验中也未可知，因为人类根本没有能力感知到它的存在。 至于人类 社会 流传的鬼神之说，会不会是它们留下的某种线索呢？难道以前有人意识到过超出人类认知的东西吗？ 如果说上面的猜测都有点过于虚幻，那么卡尔肖夫指数划定的 宇宙文明等级 理论可能更有可信度一点。 该指数是根据单位时间内消耗的能量大小来划定的文明等级， 它将宇宙文明分为了三级 ，每一级的使用能量总和相差度都特别大。 一级文明是指能将所处行星等天体的全部能量利用起来 ，供文明发展使用。 比如人类文明就利用了地球上的资源来进行发展，只不过根据卡尔肖夫指数计算， 当前的人类文明只达到了0.73级的水平 。 二级文明是指能够完全利用所处恒星系统的能量 ，比如使用太阳的燃烧能量发展文明， 三级文明所掌握的能量更是相当于26.3亿颗太阳燃烧产生的总能量 。 显然无论是哪一级文明，人类文明一旦与之交锋，都不会赢，至于这些文明是否存在于宇宙中，只能说还要寻找。

从零开始用Python构建神经网络动机：为了更加深入的理解深度学习，我们将使用 python 语言从头搭建一个神经网络，而不是使用像 Tensorflow 那样的封装好的框架。我认为理解神经网络的内部工作原理，对数据科学家来说至关重要。这篇文章的内容是我的所学，希望也能对你有所帮助。神经网络是什么?介绍神经网络的文章大多数都会将它和大脑进行类比。如果你没有深入研究过大脑与神经网络的类比，那么将神经网络解释为一种将给定输入映射为期望输出的数学关系会更容易理解。神经网络包括以下组成部分? 一个输入层，x? 任意数量的隐藏层? 一个输出层，?? 每层之间有一组权值和偏置，W and b? 为隐藏层选择一种激活函数，σ。在教程中我们使用 Sigmoid 激活函数下图展示了 2 层神经网络的结构(注意：我们在计算网络层数时通常排除输入层) 2 层神经网络的结构用 Python 可以很容易的构建神经网络类 训练神经网络这个网络的输出 ? 为： 你可能会注意到，在上面的等式中，输出 ? 是 W 和 b 函数。因此 W 和 b 的值影响预测的准确率. 所以根据输入数据对 W 和 b 调优的过程就被成为训练神经网络。每步训练迭代包含以下两个部分:? 计算预测结果 ?，这一步称为前向传播? 更新 W 和 b,，这一步成为反向传播下面的顺序图展示了这个过程： 前向传播正如我们在上图中看到的，前向传播只是简单的计算。对于一个基本的 2 层网络来说，它的输出是这样的： 我们在 NeuralNetwork 类中增加一个计算前向传播的函数。为了简单起见我们假设偏置 b 为0： 但是我们还需要一个方法来评估预测结果的好坏(即预测值和真实值的误差)。这就要用到损失函数。损失函数常用的损失函数有很多种，根据模型的需求来选择。在本教程中，我们使用误差平方和作为损失函数。误差平方和是求每个预测值和真实值之间的误差再求和，这个误差是他们的差值求平方以便我们观察误差的绝对值。训练的目标是找到一组 W 和 b，使得损失函数最好小，也即预测值和真实值之间的距离最小。反向传播我们已经度量出了预测的误差(损失)，现在需要找到一种方法来传播误差，并以此更新权值和偏置。为了知道如何适当的调整权值和偏置，我们需要知道损失函数对权值 W 和偏置 b 的导数。回想微积分中的概念，函数的导数就是函数的斜率。 梯度下降法如果我们已经求出了导数，我们就可以通过增加或减少导数值来更新权值 W 和偏置 b(参考上图)。这种方式被称为梯度下降法。但是我们不能直接计算损失函数对权值和偏置的导数，因为在损失函数的等式中并没有显式的包含他们。因此，我们需要运用链式求导发在来帮助计算导数。 链式法则用于计算损失函数对 W 和 b 的导数。注意，为了简单起见。我们只展示了假设网络只有 1 层的偏导数。这虽然很简陋，但是我们依然能得到想要的结果—损失函数对权值 W 的导数(斜率)，因此我们可以相应的调整权值。现在我们将反向传播算法的函数添加到 Python 代码中 为了更深入的理解微积分原理和反向传播中的链式求导法则，我强烈推荐 3Blue1Brown 的如下教程：Youtube：https://youtu.be/tIeHLnjs5U8整合并完成一个实例既然我们已经有了包括前向传播和反向传播的完整 Python 代码，那么就将其应用到一个例子上看看它是如何工作的吧。 神经网络可以通过学习得到函数的权重。而我们仅靠观察是不太可能得到函数的权重的。让我们训练神经网络进行 1500 次迭代，看看会发生什么。 注意观察下面每次迭代的损失函数，我们可以清楚地看到损失函数单调递减到最小值。这与我们之前介绍的梯度下降法一致。 让我们看看经过 1500 次迭代后的神经网络的最终预测结果： 经过 1500 次迭代训练后的预测结果我们成功了!我们应用前向和方向传播算法成功的训练了神经网络并且预测结果收敛于真实值。注意预测值和真实值之间存在细微的误差是允许的。这样可以防止模型过拟合并且使得神经网络对于未知数据有着更强的泛化能力。下一步是什么?幸运的是我们的学习之旅还没有结束，仍然有很多关于神经网络和深度学习的内容需要学习。例如：? 除了 Sigmoid 以外，还可以用哪些激活函数? 在训练网络的时候应用学习率? 在面对图像分类任务的时候使用卷积神经网络我很快会写更多关于这个主题的内容，敬请期待!最后的想法我自己也从零开始写了很多神经网络的代码虽然可以使用诸如 Tensorflow 和 Keras 这样的深度学习框架方便的搭建深层网络而不需要完全理解其内部工作原理。但是我觉得对于有追求的数据科学家来说，理解内部原理是非常有益的。这种练习对我自己来说已成成为重要的时间投入，希望也能对你有所帮助

马尔科夫预测模型它的前提条件是，在各个期间或者状态时，变量面临的下一个期间或者状态的转移概率都是一样的、不随时间变化的。一旦转移概率有所变化，Markov模型必须改变转移概率矩阵的参数，否则，预测的结果将会有很大的偏差。 随机过程中，

作为神经网络的教授和数学教师，我很高兴能够回答学生们关于神经网络的困惑，并提供一些学习上的建议。首先，让我们来谈谈为什么神经网络被称为一个非线性系统。事实上，神经网络之所以被称为非线性系统，是因为它们不像传统的线性回归或逻辑门等函数一样，只依赖于输入变量之间的线性关系。相反，它们的输出结果取决于输入变量之间的关系以及它们自身的内部结构。这种非线性性质使得神经网络能够更好地适应复杂的数据模式和任务，从而提高了它们的性能和准确性。接下来，让我们来回答一个关键的问题：如果BP神经网络中所有结点都为线性函数，那么它还是一个非线性系统吗？答案是仍然不是。虽然BP神经网络的所有结点都是线性函数，但是它们通过加权和、激活函数等方式相互作用，从而形成了一个非线性的整体结构。这意味着，即使这些结点本身是线性的，整个神经网络仍然是一个非线性系统。因此，在设计和选择神经网络时，我们需要考虑到其整体结构和非线性性质，以便获得最佳的性能和准确性。对于学习神经网络的学生来说，我有以下几点建议：首先，要理解神经网络的基本原理和概念，包括前向传播、反向传播、损失函数、权重初始化等等。其次，要选择适合自己的教材和资源进行学习，例如经典的《深度学习》、《神经网络与深度学习》等书籍或者在线课程如Coursera上的《Neural Networks and Deep Learning》课程。此外，还要多做实践和练习，例如使用现有的数据集进行分类、聚类、生成等任务，或者自己设计和实现小型的神经网络模型。最后，要积极参加讨论和交流活动，与其他学生、教师和专家分享经验和见解，从中获得更多的启发和帮助。

根据查询CSDN社区网站得知，小波神经网络对故障数据分类的原理如下：小波神经网络是一种基于小波分析的神经网络，具有良好的时频局部化特征，把信号分解到不同频带内进行处理。将小波分析的特征提取与神经网络模式识别有机地结合起来，则可降低建立神经网络的难度，并且提高了故障诊断的准确性和可靠性。人工神经网络（Artificial Neural Networks，简写为ANNs）也简称为神经网络（NNs）或称作连接模型（Connection Model），它是一种模仿动物神经网络行为特征，进行分布式并行信息处理的算法数学模型。

对工程研究，原理（How）往往来自于别的领域，CNN的图像识别是启发自视觉神经（一种被研究的最透彻的神经结构）研究的发现，人民发现人的视觉就是这么工作的，然后试着用它在机器上实现，当有足够快的电脑和多的数据时，人们兴奋的发现可以做高质量的图像识别。原理的解释通常要晚一些。但是抽象的解释并不难：把信息一层层的抽象，最底下是像素，中间是各种特征，越往上越抽象（边，圆，胡子，高鼻梁...)。研究科学不光是看论文：你拿一副照片贴着眼睛看，慢慢拿远大概可以帮助理解。

【嵌牛导读】神经网络从何而来？这里说的『从何而来』，并不仅仅是从技术上去介绍一个方法的创造或发展，而更想探讨方法背后所蕴含的思想基础与演变之路。 【嵌牛鼻子】神经网络、深度学习 【嵌牛提问】神经网络的由来？ 【嵌牛正文】深度学习与神经网络是近几年来计算机与人工智能领域最炙手可热的话题了。为了蹭这波热度，博主也打算分享一些自己的经验与思考。第一篇文章想探讨一个非常基础的问题：神经网络从何而来？这里说的『从何而来』，并不仅仅是从技术上去介绍一个方法的创造或发展，而更想探讨方法背后所蕴含的思想基础与演变之路。首先，需要为『神经网络』正一下名。在人工智能领域，我们通常所说的神经网络（Neural Networks）全称是人工神经网络（Artificial Neural Network），与之对应的是我们用肉长成的生物神经网络（Biology Neural Network）。众所周知，人工神经网络受生物神经网络的启发而产生，并在几十年间不断进步演化。可要论人类对人工智能的探索历史，却远远长于这几十年。为了深刻了解神经网络出现的背景，我们有必要从更早的历史开始说起。 简单说，人工智能想做的事情就是去总结和提炼人类思考的过程，使之能够机械化、可重复。从各种神话、传说来看，我们的祖先在几千年前就对这件事儿充满了好奇与遐想。到两千多年前，一大批伟大的哲学家在希腊、中国和印度相继诞生，并将人类对这一问题的认识推向了新的高度。为避免本文成为枯燥的哲学史，这里不想举太多的例子。伟大的希腊哲学家亚里士多德在他的《前分析篇》中提出了著名的三段论（sollygism），类似于： 所有希腊人是人 所有人终有一死 因此所有希腊人终有一死 虽然这是我们现在已经无比熟悉的推理模式，但是要在2000年前从无到有系统总结出一系列这样的命题与推理模式，却着实不易。有了『三段论』这种的武器，人们对问题的认识与决策就能从感性真正走向理性，做到可以重复。此外，我们熟悉的欧式几何也是当时这种逻辑推理学派的代表。欧式几何以一系列的公理为基础，基于一套严密的逻辑推理体系，最终得到结论的证明，现在仍然是每个学生需要反复训练的思维体操。 随着时间的演进，认知哲学与逻辑学也在不断的发展。在17世纪时，以笛卡尔、莱布尼茨为代表的哲学家进一步提出通过数学的方式对逻辑推演进行标准化，这也是对人脑推理与思考的再次抽象，为后续以后基于数字电路的人工智能打下了基础。之后，数理逻辑进一步发展，而到了20世纪中期，数理逻辑又一次取得了巨大的突破，哥德尔不完备理论、图灵机模型等的相继提出，科学家们既认识到了数理逻辑的局限性，也看到了将推理机械化的无限可能性，一种新的计算方式呼之欲出。 在图灵机的思想指导下，第一台电子计算机很快被设计出来，为人工智能的真正实现提供了物质上的基础。其实回望人工智能历史上的历次重大飞跃，硬件技术的发展无不扮演者重要的作用。很多看似有效的算法都苦于没有足够强大的计算平台支持无疾而终，而计算能力的提升也可以促进科学家们们摆脱束缚，在算法的研究道路上天马行空。深度学习这些年的迅猛发展，很大程度就是得益于大规模集群和图形处理器等技术的成熟，使得用复杂模型快速处理大规模数据成为可能。 1956年达特茅斯会议上，斯坦福大学科学家约翰·麦卡锡（John McCarthy）正式提出了『人工智能』这一概念， 标志着一个学科的正式诞生，也标志着人工智能的发展开始进入了快车道。如果说逻辑符号操作是对人类思维的本质的抽象，那么利用电子计算机技术来模拟人类的符号推理计算也是一个自然而然的想法。在艾伦·纽威尔（Alan Newell）和赫伯特·西蒙（Herbert A.Simon）等大师的推动下，以逻辑推演为核心符号主义（symbolicism）流派很快占据了人工智能领域的重要地位。符号主义在很多领域取得了成功，比如在80年代风靡一时的专家系统，通过知识库和基于知识库的推理系统模拟专家进行决策，得到了广泛的应用。而本世纪初热炒的语义网络以及当下最流行的知识图谱，也可以看做这一流派的延续与发展。 符号主义最大的特点是知识的表示直观，推理的过程清晰，但是也存在着许多局限性。除去在计算能力方面的困扰，一个很大的问题就在于虽然我们可以通过逻辑推理解决一些复杂的问题，但是对一些看似简单的问题，比如人脸识别，却无能为力。当看到一张人脸的照片，我们可以毫不费力的识别出这个人是谁，可这个过程并不需要做什么复杂的推理，它在我们的大脑中瞬间完成，以至于我们对这个过程的细节却一无所知。看起来想通过挖掘一系列严密的推理规则解决这类问题是相对困难的，这也促使很多人去探索与人脑工作更加贴合的解决方案。实际上在符号主义出现的同时，人工智能的另一重要学派联结主义（Connectionism）也开始蓬勃发展，本文的『主角』神经网络终于可以登场了。 在文章的一开始就提到，我们现在所说的人工神经网络是受生物神经网络启发而设计出来的。在1890年，实验心理学先驱William James在他的巨著《心理学原理》中第一次详细论述人脑结构及功能。其中提到神经细胞受到刺激激活后可以把刺激传播到另一个神经细胞，并且神经细胞激活是细胞所有输入叠加的结果。这一后来得到验证的假说也成为了人工神经网络设计的生物学基础。基于这一假说，一系列模拟人脑神经计算的模型被相继提出，具有代表性的有Hebbian Learning Rule, Oja"s Rule和MCP Neural Model等，他们与现在通用的神经网络模型已经非常相似，例如在Hebbian Learning模型中，已经可以支持神经元之间权重的自动学习。而在1958年，Rosenblatt将这些模型付诸于实施，利用电子设备构建了真正意义上的第一个神经网络模型：感知机（Perceptron）。Rosenblatt现场演示了其学习识别简单图像的过程，在当时的社会引起了轰动，并带来了神经网络的第一次大繁荣。此后的几十年里，神经网络又经历了数次起起伏伏，既有春风得意一统天下的岁月，也有被打入冷宫无人问津的日子，当然，这些都是后话了。 本文更想讨论这样一个问题：神经网络产生的动机仅仅是对生物学中对神经机制的模仿吗？在神经网络产生的背后，还蕴含着一代代科学家怎么样的思想与情怀呢？事实上，在神经网络为代表的一类方法在人工智能中又被称为联结主义（Connectionism）。关于联结主义的历史，一般的文献介绍按照惯例会追溯到希腊时期哲学家们对关联性的定义与研究，例如我们的老朋友亚里士多德等等。然而当时哲学家研究的关联其实并不特指神经元之间的这种关联，比如前文提到的符号推理本身也是一种形式关联，在希腊哲学中并没有对这两者进行专门的区分。所以硬要把这些说成是连接主义的思想起源略微有一些牵强。 前文提到，在数理逻辑发展过程中，17世纪的欧陆理性主义起到了重要的作用。以笛卡尔、莱布尼茨等为代表的哲学家，主张在理性中存在着天赋观念，以此为原则并严格按照逻辑必然性进行推理就可以得到普遍必然的知识。与此同时，以洛克、休谟等哲学家为代表的英国经验主义，则强调人类的知识来自于对感知和经验归纳。这一定程度上是对绝对的真理的一种否定，人类的认识是存在主观的，随经验而变化的部分的。如果在这个思想的指导下，我们与其去寻找一套普世且完备的推理系统，不如去构造一套虽不完美但能够随着经验积累不断完善的学习系统。而休谟甚至提出了放弃揭示自然界的因果联系和必然规律，而是依据“习惯性联想”去描绘一连串的感觉印象。这其实和神经网络设计的初衷是非常类似的：重视经验的获得与归纳（通过样本进行学习），但对模型本身的严谨性与可解释行则没有那么关注，正如有时候我们愿意把神经网络模型看做是一个『黑箱』。 然而单单一个『黑箱』是不能成为经验的学习与整理的系统的，我们还需要去寻找构建『黑箱』的一种方法论。现代哲学发展到20世纪初期时，在维特根斯坦和罗素等哲学家的倡导下，产生了逻辑经验主义学派。依托当时逻辑学的迅猛发展，这一主义既强调经验的作用，也重视通过严密的逻辑推理来得到结论，而非简单的归纳。在数理逻辑领域颇有建树的罗素有一位大名鼎鼎的学生诺伯特·维纳，他创立的控制论与系统论、信息论一道，为信息科学的发展提供了坚实的理论基础。而神经网络模型的创立也深受这『三论』的影响。前文提到MCP神经元模型的两位创始人分别是罗素和维纳的学生。作为一个系统，神经网络接受外部的输入，得到输出，并根据环境进行反馈，对系统进行更新，直到达到稳定状态。这个过程，同样也是神经网络对环境信息传递的接受和重新编码的过程。如果如果把神经网络当做一个『黑盒』，那么我们首先关心该是这个黑盒的输入与输出，以及如何根据环境给黑盒一个合理的反馈，使之能够进行调整。而黑盒内部的结构，则更多的成为了形式的问题。我们借鉴生物神经网络构造这个黑盒，恰好是一个好的解决方案，但这未必是唯一的解决方案或者说与人类大脑的神经元结构存在必然的联系。比如在统计学习领域中最著名的支持向量机（Support Vector Machines），最终是作为一种特殊的神经网络而提出的。可当其羽翼丰满之后，则和神经网络逐渐脱离关系，开启了机器学习的另一个门派。不同的模型形式之间可以互相转化，但是重视经验（样本），强调反馈的思想却一直保留下来。 前面说了这些，到底神经网络从何而来呢？总结下来就是三个方面吧：1.对理性逻辑的追求，对样本实证的重视，为神经网络的诞生提供了思想的基础。2.生物学与神经科学的发展为神经网络形式的出现提供了启发。3.计算机硬件的发展与计算能力的提升使神经网络从理想变成了现实。而这三方面的发展也催生着神经网络的进一步发展与深度学习的成熟：更大规模的数据，更完善的优化算法使网络能够学习到更多更准确的信息；对人脑的认识的提升启发设计出层次更深，结构更高效的网络结构；硬件存储与计算能力提升使海量数据的高效训练成为可能。而未来神经网络给我们带来的更多惊喜，也很大可能源自于这三个方面，让我们不妨多一些期待吧。

机器学习中有一个重要的算法，那就是人工神经网络算法，听到这个名称相信大家能够想到人体中的神经。其实这种算法和人工神经有一点点相似。当然，这种算法能够解决很多的问题，因此在机器学习中有着很高的地位。下面我们就给大家介绍一下关于人工神经网络算法的知识。1.神经网络的来源我们听到神经网络的时候也时候近一段时间，其实神经网络出现有了一段时间了。神经网络的诞生起源于对大脑工作机理的研究。早期生物界学者们使用神经网络来模拟大脑。机器学习的学者们使用神经网络进行机器学习的实验，发现在视觉与语音的识别上效果都相当好。在BP算法诞生以后，神经网络的发展进入了一个热潮。2.神经网络的原理那么神经网络的学习机理是什么？简单来说，就是分解与整合。一个复杂的图像变成了大量的细节进入神经元，神经元处理以后再进行整合，最后得出了看到的是正确的结论。这就是大脑视觉识别的机理，也是神经网络工作的机理。所以可以看出神经网络有很明显的优点。3.神经网络的逻辑架构让我们看一个简单的神经网络的逻辑架构。在这个网络中，分成输入层，隐藏层，和输出层。输入层负责接收信号，隐藏层负责对数据的分解与处理，最后的结果被整合到输出层。每层中的一个圆代表一个处理单元，可以认为是模拟了一个神经元，若干个处理单元组成了一个层，若干个层再组成了一个网络，也就是”神经网络”。在神经网络中，每个处理单元事实上就是一个逻辑回归模型，逻辑回归模型接收上层的输入，把模型的预测结果作为输出传输到下一个层次。通过这样的过程，神经网络可以完成非常复杂的非线性分类。4.神经网络的应用。图像识别领域是神经网络中的一个著名应用，这个程序是一个基于多个隐层构建的神经网络。通过这个程序可以识别多种手写数字，并且达到很高的识别精度与拥有较好的鲁棒性。可以看出，随着层次的不断深入，越深的层次处理的细节越低。但是进入90年代，神经网络的发展进入了一个瓶颈期。其主要原因是尽管有BP算法的加速，神经网络的训练过程仍然很困难。因此90年代后期支持向量机算法取代了神经网络的地位。在这篇文章中我们大家介绍了关于神经网络的相关知识，具体的内容就是神经网络的起源、神经网络的原理、神经网络的逻辑架构和神经网络的应用，相信大家看到这里对神经网络知识有了一定的了解，希望这篇文章能够帮助到大家。

若果对你有帮助，请点赞。 神经网络的结构（例如2输入3隐节点1输出）建好后，一般就要求神经网络里的权值和阈值。现在一般求解权值和阈值，都是采用梯度下降之类的搜索算法（梯度下降法、牛顿法、列文伯格-马跨特法、狗腿法等等），这些算法会先初始化一个解，在这个解的基础上，确定一个搜索方向和一个移动步长（各种法算确定方向和步长的方法不同，也就使各种算法适用于解决不同的问题），使初始解根据这个方向和步长移动后，能使目标函数的输出（在神经网络中就是预测误差）下降。 然后将它更新为新的解，再继续寻找下一步的移动方向的步长，这样不断的迭代下去，目标函数（神经网络中的预测误差）也不断下降，最终就能找到一个解，使得目标函数（预测误差）比较小。 而在寻解过程中，步长太大，就会搜索得不仔细，可能跨过了优秀的解，而步长太小，又会使寻解过程进行得太慢。因此，步长设置适当非常重要。 学习率对原步长（在梯度下降法中就是梯度的长度）作调整，如果学习率lr = 0.1,那么梯度下降法中每次调整的步长就是0.1*梯度， 而在matlab神经网络工具箱里的lr,代表的是初始学习率。因为matlab工具箱为了在寻解不同阶段更智能的选择合适的步长，使用的是可变学习率，它会根据上一次解的调整对目标函数带来的效果来对学习率作调整，再根据学习率决定步长。机制如下：if newE2/E2 > maxE_inc %若果误差上升大于阈值 lr = lr * lr_dec; %则降低学习率 else if newE2 < E2 %若果误差减少 lr = lr * lr_inc;%则增加学习率 end详细的可以看《神经网络之家》nnetinfo里的《[重要]写自己的BP神经网络(traingd)》一文，里面是matlab神经网络工具箱梯度下降法的简化代码

人工神经网络（Artificial Neural Network，即ANN ），是20世纪80 年代以来人工智能领域兴起的研究热点。它从信息处理角度对人脑神经元网络进行抽象， 建立某种简单模型，按不同的连接方式组成不同的网络。在工程与学术界也常直接简称为神经网络或类神经网络。神经网络是一种运算模型，由大量的节点（或称神经元）之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数，称为激励函数（activation function）。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值，称之为权重，这相当于人工神经网络的记忆。网络的输出则依网络的连接方式，权重值和激励函数的不同而不同。而网络自身通常都是对自然界某种算法或者函数的逼近，也可能是对一种逻辑策略的表达。

人工神经网络（Artificial Neural Networks，ANN）系统是 20 世纪 40 年代后出现的。它是由众多的神经元可调的连接权值连接而成，具有大规模并行处理、分布式信 息存储、良好的自组织自学习能力等特点。BP（Back Propagation）算法又称为误差 反向传播算法，是人工神经网络中的一种监督式的学习算法。BP 神经网络算法在理 论上可以逼近任意函数，基本的结构由非线性变化单元组成，具有很强的非线性映射能力。而且网络的中间层数、各层的处理单元数及网络的学习系数等参数可根据具体情况设定，灵活性很大，在优化、信号处理与模式识别、智能控制、故障诊断等许 多领域都有着广泛的应用前景。 人工神经元的研究起源于脑神经元学说。19世纪末，在生物、生理学领域，Waldeger等人创建了神经元学说。人们认识到复杂的神经系统是由数目繁多的神经元组合而成。大脑皮层包括有100亿个以上的神经元，每立方毫米约有数万个，它们互相联结形成神经网络，通过感觉器官和神经接受来自身体内外的各种信息，传递至中枢神经系统内，经过对信息的分析和综合，再通过运动神经发出控制信息，以此来实现机体与内外环境的联系，协调全身的各种机能活动。神经元也和其他类型的细胞一样，包括有细胞膜、细胞质和细胞核。但是神经细胞的形态比较特殊，具有许多突起，因此又分为细胞体、轴突和树突三部分。细胞体内有细胞核，突起的作用是传递信息。树突是作为引入输入信号的突起，而轴突是作为输出端的突起，它只有一个。树突是细胞体的延伸部分，它由细胞体发出后逐渐变细，全长各部位都可与其他神经元的轴突末梢相互联系，形成所谓“突触”。在突触处两神经元并未连通，它只是发生信息传递功能的结合部，联系界面之间间隙约为（15～50)×10米。突触可分为兴奋性与抑制性两种类型，它相应于神经元之间耦合的极性。每个神经元的突触数目正常，最高可达10个。各神经元之间的连接强度和极性有所不同，并且都可调整、基于这一特性，人脑具有存储信息的功能。利用大量神经元相互联接组成人工神经网络可显示出人的大脑的某些特征。人工神经网络是由大量的简单基本元件——神经元相互联接而成的自适应非线性动态系统。每个神经元的结构和功能比较简单，但大量神经元组合产生的系统行为却非常复杂。人工神经网络反映了人脑功能的若干基本特性，但并非生物系统的逼真描述，只是某种模仿、简化和抽象。与数字计算机比较，人工神经网络在构成原理和功能特点等方面更加接近人脑，它不是按给定的程序一步一步地执行运算，而是能够自身适应环境、总结规律、完成某种运算、识别或过程控制。人工神经网络首先要以一定的学习准则进行学习，然后才能工作。现以人工神经网络对于写“A”、“B”两个字母的识别为例进行说明，规定当“A”输入网络时，应该输出“1”，而当输入为“B”时，输出为“0”。所以网络学习的准则应该是：如果网络作出错误的的判决，则通过网络的学习，应使得网络减少下次犯同样错误的可能性。首先，给网络的各连接权值赋予(0，1)区间内的随机值，将“A”所对应的图象模式输入给网络，网络将输入模式加权求和、与门限比较、再进行非线性运算，得到网络的输出。在此情况下，网络输出为“1”和“0”的概率各为50%，也就是说是完全随机的。这时如果输出为“1”(结果正确)，则使连接权值增大，以便使网络再次遇到“A”模式输入时，仍然能作出正确的判断。如果输出为“0”(即结果错误)，则把网络连接权值朝着减小综合输入加权值的方向调整，其目的在于使网络下次再遇到“A”模式输入时，减小犯同样错误的可能性。如此操作调整，当给网络轮番输入若干个手写字母“A”、“B”后，经过网络按以上学习方法进行若干次学习后，网络判断的正确率将大大提高。这说明网络对这两个模式的学习已经获得了成功，它已将这两个模式分布地记忆在网络的各个连接权值上。当网络再次遇到其中任何一个模式时，能够作出迅速、准确的判断和识别。一般说来，网络中所含的神经元个数越多，则它能记忆、识别的模式也就越多。 （1）人类大脑有很强的自适应与自组织特性，后天的学习与训练可以开发许多各具特色的活动功能。如盲人的听觉和触觉非常灵敏；聋哑人善于运用手势；训练有素的运动员可以表现出非凡的运动技巧等等。普通计算机的功能取决于程序中给出的知识和能力。显然，对于智能活动要通过总结编制程序将十分困难。人工神经网络也具有初步的自适应与自组织能力。在学习或训练过程中改变突触权重值，以适应周围环境的要求。同一网络因学习方式及内容不同可具有不同的功能。人工神经网络是一个具有学习能力的系统，可以发展知识，以致超过设计者原有的知识水平。通常，它的学习训练方式可分为两种，一种是有监督或称有导师的学习，这时利用给定的样本标准进行分类或模仿；另一种是无监督学习或称无为导师学习，这时，只规定学习方式或某些规则，则具体的学习内容随系统所处环境 （即输入信号情况）而异，系统可以自动发现环境特征和规律性，具有更近似人脑的功能。（2）泛化能力泛化能力指对没有训练过的样本，有很好的预测能力和控制能力。特别是，当存在一些有噪声的样本，网络具备很好的预测能力。(3)非线性映射能力当对系统对于设计人员来说，很透彻或者很清楚时，则一般利用数值分析，偏微分方程等数学工具建立精确的数学模型，但当对系统很复杂，或者系统未知，系统信息量很少时，建立精确的数学模型很困难时，神经网络的非线性映射能力则表现出优势，因为它不需要对系统进行透彻的了解，但是同时能达到输入与输出的映射关系，这就大大简化设计的难度。(4)高度并行性并行性具有一定的争议性。承认具有并行性理由：神经网络是根据人的大脑而抽象出来的数学模型，由于人可以同时做一些事，所以从功能的模拟角度上看，神经网络也应具备很强的并行性。多少年以来，人们从医学、生物学、生理学、哲学、信息学、计算机科学、认知学、组织协同学等各个角度企图认识并解答上述问题。在寻找上述问题答案的研究过程中，这些年来逐渐形成了一个新兴的多学科交叉技术领域，称之为“神经网络”。神经网络的研究涉及众多学科领域，这些领域互相结合、相互渗透并相互推动。不同领域的科学家又从各自学科的兴趣与特色出发，提出不同的问题，从不同的角度进行研究。下面将人工神经网络与通用的计算机工作特点来对比一下：若从速度的角度出发，人脑神经元之间传递信息的速度要远低于计算机，前者为毫秒量级，而后者的频率往往可达几百兆赫。但是，由于人脑是一个大规模并行与串行组合处理系统，因而，在许多问题上可以作出快速判断、决策和处理，其速度则远高于串行结构的普通计算机。人工神经网络的基本结构模仿人脑，具有并行处理特征，可以大大提高工作速度。人脑存贮信息的特点为利用突触效能的变化来调整存贮内容，也即信息存贮在神经元之间连接强度的分布上，存贮区与计算机区合为一体。虽然人脑每日有大量神经细胞死亡 （平均每小时约一千个），但不影响大脑的正常思维活动。普通计算机是具有相互独立的存贮器和运算器，知识存贮与数据运算互不相关，只有通过人编出的程序使之沟通，这种沟通不能超越程序编制者的预想。元器件的局部损坏及程序中的微小错误都可能引起严重的失常。 心理学家和认知科学家研究神经网络的目的在于探索人脑加工、储存和搜索信息的机制，弄清人脑功能的机理，建立人类认知过程的微结构理论。生物学、医学、脑科学专家试图通过神经网络的研究推动脑科学向定量、精确和理论化体系发展，同时也寄希望于临床医学的新突破；信息处理和计算机科学家研究这一问题的目的在于寻求新的途径以解决不能解决或解决起来有极大困难的大量问题，构造更加逼近人脑功能的新一代计算机。人工神经网络早期的研究工作应追溯至上世纪40年代。下面以时间顺序，以著名的人物或某一方面突出的研究成果为线索，简要介绍人工神经网络的发展历史。1943年，心理学家W·Mcculloch和数理逻辑学家W·Pitts在分析、总结神经元基本特性的基础上首先提出神经元的数学模型。此模型沿用至今，并且直接影响着这一领域研究的进展。因而，他们两人可称为人工神经网络研究的先驱。1945年冯·诺依曼领导的设计小组试制成功存储程序式电子计算机，标志着电子计算机时代的开始。1948年，他在研究工作中比较了人脑结构与存储程序式计算机的根本区别，提出了以简单神经元构成的再生自动机网络结构。但是，由于指令存储式计算机技术的发展非常迅速，迫使他放弃了神经网络研究的新途径，继续投身于指令存储式计算机技术的研究，并在此领域作出了巨大贡献。虽然，冯·诺依曼的名字是与普通计算机联系在一起的，但他也是人工神经网络研究的先驱之一。50年代末，F·Rosenblatt设计制作了“感知机”，它是一种多层的神经网络。这项工作首次把人工神经网络的研究从理论探讨付诸工程实践。当时，世界上许多实验室仿效制作感知机，分别应用于文字识别、声音识别、声纳信号识别以及学习记忆问题的研究。然而，这次人工神经网络的研究高潮未能持续很久，许多人陆续放弃了这方面的研究工作，这是因为当时数字计算机的发展处于全盛时期，许多人误以为数字计算机可以解决人工智能、模式识别、专家系统等方面的一切问题，使感知机的工作得不到重视；其次，当时的电子技术工艺水平比较落后，主要的元件是电子管或晶体管，利用它们制作的神经网络体积庞大，价格昂贵，要制作在规模上与真实的神经网络相似是完全不可能的；另外，在1968年一本名为《感知机》的著作中指出线性感知机功能是有限的，它不能解决如异感这样的基本问题，而且多层网络还不能找到有效的计算方法，这些论点促使大批研究人员对于人工神经网络的前景失去信心。60年代末期，人工神经网络的研究进入了低潮。另外，在60年代初期，Widrow提出了自适应线性元件网络，这是一种连续取值的线性加权求和阈值网络。后来，在此基础上发展了非线性多层自适应网络。当时，这些工作虽未标出神经网络的名称，而实际上就是一种人工神经网络模型。随着人们对感知机兴趣的衰退，神经网络的研究沉寂了相当长的时间。80年代初期，模拟与数字混合的超大规模集成电路制作技术提高到新的水平，完全付诸实用化，此外，数字计算机的发展在若干应用领域遇到困难。这一背景预示，向人工神经网络寻求出路的时机已经成熟。美国的物理学家Hopfield于1982年和1984年在美国科学院院刊上发表了两篇关于人工神经网络研究的论文，引起了巨大的反响。人们重新认识到神经网络的威力以及付诸应用的现实性。随即，一大批学者和研究人员围绕着 Hopfield提出的方法展开了进一步的工作，形成了80年代中期以来人工神经网络的研究热潮。1985年，Ackley、Hinton和Sejnowski将模拟退火算法应用到神经网络训练中，提出了Boltzmann机，该算法具有逃离极值的优点，但是训练时间需要很长。1986年，Rumelhart、Hinton和Williams提出了多层前馈神经网络的学习算法，即BP算法。它从证明的角度推导算法的正确性，是学习算法有理论依据。从学习算法角度上看，是一个很大的进步。1988年，Broomhead和Lowe第一次提出了径向基网络：RBF网络。总体来说，神经网络经历了从高潮到低谷，再到高潮的阶段，充满曲折的过程。

神经网络有多种分类方式，例如，按网络性能可分为连续型与离散型网络，确定型与随机型网络:按网络拓扑结构可分为前向神经网络与反馈神经网络。本章土要简介前向神经网络、反馈神经网络和自组织特征映射神经网络。前向神经网络是数据挖掘中广为应用的一种网络，其原理或算法也是很多神经网络模型的基础。径向基函数神经网络就是一种前向型神经网络。Hopfield神经网络是反馈网络的代表。Hvpfi}ld网络的原型是一个非线性动力学系统，目前，已经在联想记忆和优化计算中得到成功应用。基本特征非线性关系是自然界的普遍特性。大脑的智慧就是一种非线性现象。人工神经元处于激活或抑制二种不同的状态，这种行为在数学上表现为一种非线性关系。具有阈值的神经元构成的网络具有更好的性能，可以提高容错性和存储容量。一个神经网络通常由多个神经元广泛连接而成。一个系统的整体行为不仅取决于单个神经元的特征，而且可能主要由单元之间的相互作用、相互连接所决定。通过单元之间的大量连接模拟大脑的非局限性。联想记忆是非局限性的典型例子。以上内容参考：百度百科-人工神经网络

许多 人工智能 计算机系统的核心技术是人工神经网络(ANN)，而这种网络的灵感来源于人类大脑中的生物结构。 通过使用连接的“神经元”结构，这些网络可以通过“学习”并在没有人类参与的情况下处理和评估某些数据。 这样的实际实例之一是使用人工神经网络(ANN)识别图像中的对象。在构建一个识别“猫“图像的一个系统中，将在包含标记为“猫”的图像的数据集上训练人工神经网络，该数据集可用作任何进行分析的参考点。正如人们可能学会根据尾巴或皮毛等独特特征来识别狗一样，人工神经网络(ANN)也可以通过将每个图像分解成不同的组成部分(如颜色和形状)进行识别。 实际上，神经网络提供了位于托管数据之上的排序和分类级别，可基于相似度来辅助数据的聚类和分组。可以使用人工神经网络(ANN)生成复杂的垃圾邮件过滤器，查找欺诈行为的算法以及可以精确了解情绪的客户关系工具。 人工神经网络如何工作 人工神经网络的灵感来自人脑的神经组织，使用类似于神经元的计算节点构造而成，这些节点沿着通道(如神经突触的工作方式)进行信息交互。这意味着一个计算节点的输出将影响另一个计算节点的处理。 神经网络标志着人工智能发展的巨大飞跃，在此之前，人工智能一直依赖于使用预定义的过程和定期的人工干预来产生所需的结果。人工神经网络可以使分析负载分布在多个互连层的网络中，每个互连层包含互连节点。在处理信息并对其进行场景处理之后，信息将传递到下一个节点，然后向下传递到各个层。这个想法是允许将其他场景信息接入网络，以通知每个阶段的处理。单个“隐藏”层神经网络的基本结构 就像渔网的结构一样，神经网络的一个单层使用链将处理节点连接在一起。大量的连接使这些节点之间的通信得到增强，从而提高了准确性和数据处理吞吐量。 然后，人工神经网络将许多这样的层相互叠放以分析数据，从而创建从第一层到最后一层的输入和输出数据流。尽管其层数将根据人工神经网络的性质及其任务而变化，但其想法是将数据从一层传递到另一层，并随其添加附加的场景信息。 人脑是用3D矩阵连接起来的，而不是大量堆叠的图层。就像人类大脑一样，节点在接收到特定刺激时会在人工神经网络上“发射”信号，并将信号传递到另一个节点。但是，对于人工神经网络，输入信号定义为实数，输出为各种输入的总和。 这些输入的值取决于它们的权重，该权重用于增加或减少与正在执行的任务相对应的输入数据的重要性。其目标是采用任意数量的二进制数值输入并将其转换为单个二进制数值输出。更复杂的神经网络提高了数据分析的复杂性 早期的神经网络模型使用浅层结构，其中只使用一个输入和输出层。而现代的系统由一个输入层和一个输出层组成，其中输入层首先将数据输入网络，多个“隐藏”层增加了数据分析的复杂性。 这就是“深度学习”一词的由来——“深度”部分专门指任何使用多个“隐藏”层的神经网络。 聚会的例子 为了说明人工神经网络在实际中是如何工作的，我们将其简化为一个实际示例。 想象一下你被邀请参加一个聚会，而你正在决定是否参加，这可能需要权衡利弊，并将各种因素纳入决策过程。在此示例中，只选择三个因素——“我的朋友会去吗?”、“聚会地点远吗?”、“天气会好吗?” 通过将这些考虑因素转换为二进制数值，可以使用人工神经网络对该过程进行建模。例如，我们可以为“天气”指定一个二进制数值，即‘1"代表晴天，‘0"代表恶劣天气。每个决定因素将重复相同的格式。 然而，仅仅赋值是不够的，因为这不能帮助你做出决定。为此需要定义一个阈值，即积极因素的数量超过消极因素的数量。根据二进制数值，合适的阈值可以是“2”。换句话说，在决定参加聚会之前，需要两个因素的阈值都是“1”，你才会决定去参加聚会。如果你的朋友要参加聚会(‘1")，并且天气很好(‘1")，那么这就表示你可以参加聚会。 如果天气不好(‘0")，并且聚会地点很远(‘0")，则达不到这一阈值，即使你的朋友参加(‘1")，你也不会参加聚会。 神经加权 诚然，这是神经网络基本原理的一个非常基本的例子，但希望它有助于突出二进制值和阈值的概念。然而，决策过程要比这个例子复杂得多，而且通常情况下，一个因素比另一个因素对决策过程的影响更大。 要创建这种变化，可以使用“神经加权”——-通过乘以因素的权重来确定因素的二进制值对其他因素的重要性。 尽管示例中的每个注意事项都可能使你难以决策，但你可能会更重视其中一个或两个因素。如果你不愿意在大雨中出行去聚会，那恶劣的天气将会超过其他两个考虑因素。在这一示例中，可以通过赋予更高的权重来更加重视天气因素的二进制值： 天气= w5 朋友= w2 距离= w2 如果假设阈值现在已设置为6，则恶劣的天气(值为0)将阻止其余输入达到所需的阈值，因此该节点将不会“触发”(这意味着你将决定不参加聚会)。 虽然这是一个简单的示例，但它提供了基于提供的权重做出决策的概述。如果要将其推断为图像识别系统，则是否参加聚会(输入)的各种考虑因素将是给定图像的折衷特征，即颜色、大小或形状。例如，对识别狗进行训练的系统可以对形状或颜色赋予更大的权重。 当神经网络处于训练状态时，权重和阈值将设置为随机值。然后，当训练数据通过网络传递时将不断进行调整，直到获得一致的输出为止。 神经网络的好处 神经网络可以有机地学习。也就是说，神经网络的输出结果并不受输入数据的完全限制。人工神经网络可以概括输入数据，使其在模式识别系统中具有价值。 他们还可以找到实现计算密集型答案的捷径。人工神经网络可以推断数据点之间的关系，而不是期望数据源中的记录是明确关联的。 它们也可以是容错的。当神经网络扩展到多个系统时，它们可以绕过无法通信的缺失节点。除了围绕网络中不再起作用的部分进行路由之外，人工神经网络还可以通过推理重新生成数据，并帮助确定不起作用的节点。这对于网络的自诊断和调试非常有用。 但是，深度神经网络提供的最大优势是能够处理和聚类非结构化数据，例如图片、音频文件、视频、文本、数字等数据。在分析层次结构中，每一层节点都在前一层的输出上进行训练，深层神经网络能够处理大量的这种非结构化数据，以便在人类处理分析之前找到相似之处。 神经网络的例子 神经网络应用还有许多示例，可以利用它从复杂或不精确数据中获得见解的能力。 图像识别人工神经网络可以解决诸如分析特定物体的照片等问题。这种算法可以用来区分狗和猫。更重要的是，神经网络已经被用于只使用细胞形状信息来诊断癌症。 近30年来，金融神经网络被用于汇率预测、股票表现和选择预测。神经网络也被用来确定贷款信用评分，学习正确识别良好的或糟糕的信用风险。而电信神经网络已被电信公司用于通过实时评估网络流量来优化路由和服务质量。

文章主要分为： 一、人工神经网络的概念； 二、人工神经网络的发展历史； 三、人工神经网络的特点； 四、人工神经网络的结构。 。。 人工神经网络（Artificial Neural Network，ANN）简称神经网络(NN)，是基于生物学中神经网络的基本原理，在理解和抽象了人脑结构和外界刺激响应机制后，以网络拓扑知识为理论基础，模拟人脑的神经系统对复杂信息的处理机制的一种数学模型。该模型以并行分布的处理能力、高容错性、智能化和自学习等能力为特征，将信息的加工和存储结合在一起，以其独特的知识表示方式和智能化的自适应学习能力，引起各学科领域的关注。它实际上是一个有大量简单元件相互连接而成的复杂网络，具有高度的非线性，能够进行复杂的逻辑操作和非线性关系实现的系统。 神经网络是一种运算模型，由大量的节点（或称神经元）之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数，称为激活函数（activation function）。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值，称之为权重（weight），神经网络就是通过这种方式来模拟人类的记忆。网络的输出则取决于网络的结构、网络的连接方式、权重和激活函数。而网络自身通常都是对自然界某种算法或者函数的逼近，也可能是对一种逻辑策略的表达。神经网络的构筑理念是受到生物的神经网络运作启发而产生的。人工神经网络则是把对生物神经网络的认识与数学统计模型相结合，借助数学统计工具来实现。另一方面在人工智能学的人工感知领域，我们通过数学统计学的方法，使神经网络能够具备类似于人的决定能力和简单的判断能力，这种方法是对传统逻辑学演算的进一步延伸。 人工神经网络中，神经元处理单元可表示不同的对象，例如特征、字母、概念，或者一些有意义的抽象模式。网络中处理单元的类型分为三类：输入单元、输出单元和隐单元。输入单元接受外部世界的信号与数据；输出单元实现系统处理结果的输出；隐单元是处在输入和输出单元之间，不能由系统外部观察的单元。神经元间的连接权值反映了单元间的连接强度，信息的表示和处理体现在网络处理单元的连接关系中。人工神经网络是一种非程序化、适应性、大脑风格的信息处理，其本质是通过网络的变换和动力学行为得到一种并行分布式的信息处理功能，并在不同程度和层次上模仿人脑神经系统的信息处理功能。 神经网络，是一种应用类似于大脑神经突触连接结构进行信息处理的数学模型，它是在人类对自身大脑组织结合和思维机制的认识理解基础之上模拟出来的，它是根植于神经科学、数学、思维科学、人工智能、统计学、物理学、计算机科学以及工程科学的一门技术。 在介绍神经网络的发展历史之前，首先介绍一下神经网络的概念。神经网络主要是指一种仿造人脑设计的简化的计算模型，这种模型中包含了大量的用于计算的神经元，这些神经元之间会通过一些带有权重的连边以一种层次化的方式组织在一起。每一层的神经元之间可以进行大规模的并行计算，层与层之间进行消息的传递。 下图展示了整个神经网络的发展历程： 神经网络的发展有悠久的历史。其发展过程大致可以概括为如下4个阶段。 (1)、M-P神经网络模型：20世纪40年代，人们就开始了对神经网络的研究。1943 年，美国心理学家麦克洛奇（Mcculloch）和数学家皮兹（Pitts）提出了M-P模型，此模型比较简单，但是意义重大。在模型中，通过把神经元看作个功能逻辑器件来实现算法，从此开创了神经网络模型的理论研究。 (2)、Hebb规则：1949 年，心理学家赫布（Hebb）出版了《The Organization of Behavior》（行为组织学），他在书中提出了突触连接强度可变的假设。这个假设认为学习过程最终发生在神经元之间的突触部位，突触的连接强度随之突触前后神经元的活动而变化。这一假设发展成为后来神经网络中非常著名的Hebb规则。这一法则告诉人们，神经元之间突触的联系强度是可变的，这种可变性是学习和记忆的基础。Hebb法则为构造有学习功能的神经网络模型奠定了基础。 (3)、感知器模型：1957 年，罗森勃拉特（Rosenblatt）以M-P 模型为基础，提出了感知器（Perceptron）模型。感知器模型具有现代神经网络的基本原则，并且它的结构非常符合神经生理学。这是一个具有连续可调权值矢量的MP神经网络模型，经过训练可以达到对一定的输入矢量模式进行分类和识别的目的，它虽然比较简单，却是第一个真正意义上的神经网络。Rosenblatt 证明了两层感知器能够对输入进行分类，他还提出了带隐层处理元件的三层感知器这一重要的研究方向。Rosenblatt 的神经网络模型包含了一些现代神经计算机的基本原理，从而形成神经网络方法和技术的重大突破。 (4)、ADALINE网络模型： 1959年，美国著名工程师威德罗（B.Widrow）和霍夫（M.Hoff）等人提出了自适应线性元件(Adaptive linear element，简称Adaline)和Widrow-Hoff学习规则（又称最小均方差算法或称δ规则）的神经网络训练方法，并将其应用于实际工程，成为第一个用于解决实际问题的人工神经网络，促进了神经网络的研究应用和发展。ADALINE网络模型是一种连续取值的自适应线性神经元网络模型，可以用于自适应系统。 人工智能的创始人之一Minsky和Papert对以感知器为代表的网络系统的功能及局限性从数学上做了深入研究，于1969年发表了轰动一时《Perceptrons》一书，指出简单的线性感知器的功能是有限的，它无法解决线性不可分的两类样本的分类问题，如简单的线性感知器不可能实现“异或”的逻辑关系等。这一论断给当时人工神经元网络的研究带来沉重的打击。开始了神经网络发展史上长达10年的低潮期。 (1)、自组织神经网络SOM模型：1972年，芬兰的KohonenT.教授，提出了自组织神经网络SOM(Self-Organizing feature map)。后来的神经网络主要是根据KohonenT.的工作来实现的。SOM网络是一类无导师学习网络，主要用于模式识别﹑语音识别及分类问题。它采用一种“胜者为王”的竞争学习算法，与先前提出的感知器有很大的不同，同时它的学习训练方式是无指导训练，是一种自组织网络。这种学习训练方式往往是在不知道有哪些分类类型存在时，用作提取分类信息的一种训练。 (2)、自适应共振理论ART：1976年，美国Grossberg教授提出了著名的自适应共振理论ART(Adaptive Resonance Theory)，其学习过程具有自组织和自稳定的特征。 (1)、Hopfield模型：1982年，美国物理学家霍普菲尔德（Hopfield）提出了一种离散神经网络，即离散Hopfield网络，从而有力地推动了神经网络的研究。在网络中，它首次将李雅普诺夫（Lyapunov）函数引入其中，后来的研究学者也将Lyapunov函数称为能量函数。证明了网络的稳定性。1984年，Hopfield 又提出了一种连续神经网络，将网络中神经元的激活函数由离散型改为连续型。1985 年，Hopfield和Tank利用Hopfield神经网络解决了著名的旅行推销商问题（Travelling Salesman Problem）。Hopfield神经网络是一组非线性微分方程。Hopfield的模型不仅对人工神经网络信息存储和提取功能进行了非线性数学概括，提出了动力方程和学习方程，还对网络算法提供了重要公式和参数，使人工神经网络的构造和学习有了理论指导，在Hopfield模型的影响下，大量学者又激发起研究神经网络的热情，积极投身于这一学术领域中。因为Hopfield 神经网络在众多方面具有巨大潜力，所以人们对神经网络的研究十分地重视，更多的人开始了研究神经网络，极大地推动了神经网络的发展。 (2)、Boltzmann机模型：1983年，Kirkpatrick等人认识到模拟退火算法可用于NP完全组合优化问题的求解，这种模拟高温物体退火过程来找寻全局最优解的方法最早由Metropli等人1953年提出的。1984年，Hinton与年轻学者Sejnowski等合作提出了大规模并行网络学习机，并明确提出隐单元的概念，这种学习机后来被称为Boltzmann机。 Hinton和Sejnowsky利用统计物理学的感念和方法，首次提出的多层网络的学习算法，称为Boltzmann 机模型。 (3)、BP神经网络模型：1986年，儒默哈特（D.E.Ru melhart）等人在多层神经网络模型的基础上，提出了多层神经网络权值修正的反向传播学习算法----BP算法（Error Back-Propagation），解决了多层前向神经网络的学习问题，证明了多层神经网络具有很强的学习能力，它可以完成许多学习任务，解决许多实际问题。 (4)、并行分布处理理论：1986年，由Rumelhart和McCkekkand主编的《Parallel Distributed Processing：Exploration in the Microstructures of Cognition》，该书中，他们建立了并行分布处理理论，主要致力于认知的微观研究，同时对具有非线性连续转移函数的多层前馈网络的误差反向传播算法即BP算法进行了详尽的分析，解决了长期以来没有权值调整有效算法的难题。可以求解感知机所不能解决的问题，回答了《Perceptrons》一书中关于神经网络局限性的问题，从实践上证实了人工神经网络有很强的运算能力。 (5)、细胞神经网络模型：1988年，Chua和Yang提出了细胞神经网络（CNN）模型，它是一个细胞自动机特性的大规模非线性计算机仿真系统。Kosko建立了双向联想存储模型（BAM），它具有非监督学习能力。 (6)、Darwinism模型：Edelman提出的Darwinism模型在90年代初产生了很大的影响，他建立了一种神经网络系统理论。 (7)、1988年，Linsker对感知机网络提出了新的自组织理论，并在Shanon信息论的基础上形成了最大互信息理论，从而点燃了基于NN的信息应用理论的光芒。 (8)、1988年，Broomhead和Lowe用径向基函数(Radialbasis function, RBF)提出分层网络的设计方法，从而将NN的设计与数值分析和线性适应滤波相挂钩。 (9)、1991年，Haken把协同引入神经网络，在他的理论框架中，他认为，认知过程是自发的，并断言模式识别过程即是模式形成过程。 (10)、1994年，廖晓昕关于细胞神经网络的数学理论与基础的提出，带来了这个领域新的进展。通过拓广神经网络的激活函数类，给出了更一般的时滞细胞神经网络(DCNN)、Hopfield神经网络（HNN）、双向联想记忆网络（BAM）模型。 (11)、90年代初，Vapnik等提出了支持向量机(Supportvector machines, SVM)和VC(Vapnik-Chervonenkis)维数的概念。 经过多年的发展，已有上百种的神经网络模型被提出。 深度学习(Deep Learning,DL)由Hinton等人于2006年提出，是机器学习的一个新领域。深度学习本质上是构建含有多隐层的机器学习架构模型，通过大规模数据进行训练，得到大量更具代表性的特征信息。深度学习算法打破了传统神经网络对层数的限制，可根据设计者需要选择网络层数。 突触是神经元之间相互连接的接口部分，即一个神经元的神经末梢与另一个神经元的树突相接触的交界面，位于神经元的神经末梢尾端。突触是轴突的终端。 大脑可视作为1000多亿神经元组成的神经网络。神经元的信息传递和处理是一种电化学活动．树突由于电化学作用接受外界的刺激，通过胞体内的活动体现为轴突电位，当轴突电位达到一定的值则形成神经脉冲或动作电位；再通过轴突末梢传递给其它的神经元．从控制论的观点来看；这一过程可以看作一个多输入单输出非线性系统的动态过程。 神经元的功能特性：（1）时空整合功能；（2）神经元的动态极化性；（3）兴奋与抑制状态；（4）结构的可塑性；（5）脉冲与电位信号的转换；（6）突触延期和不应期；（7）学习、遗忘和疲劳。 神经网络从两个方面模拟大脑： (1)、神经网络获取的知识是从外界环境中学习得来的。 (2)、内部神经元的连接强度，即突触权值，用于储存获取的知识。 神经网络系统由能够处理人类大脑不同部分之间信息传递的由大量神经元连接形成的拓扑结构组成，依赖于这些庞大的神经元数目和它们之间的联系，人类的大脑能够收到输入的信息的刺激由分布式并行处理的神经元相互连接进行非线性映射处理，从而实现复杂的信息处理和推理任务。 对于某个处理单元（神经元）来说，假设来自其他处理单元（神经元）i的信息为Xi，它们与本处理单元的互相作用强度即连接权值为Wi, i=0,1,…,n-1,处理单元的内部阈值为θ。那么本处理单元（神经元）的输入为： ，而处理单元的输出为： 式中，xi为第i个元素的输入，wi为第i个处理单元与本处理单元的互联权重即神经元连接权值。f称为激活函数或作用函数，它决定节点（神经元）的输出。θ表示隐含层神经节点的阈值。 神经网络的主要工作是建立模型和确定权值，一般有前向型和反馈型两种网络结构。通常神经网络的学习和训练需要一组输入数据和输出数据对，选择网络模型和传递、训练函数后，神经网络计算得到输出结果，根据实际输出和期望输出之间的误差进行权值的修正，在网络进行判断的时候就只有输入数据而没有预期的输出结果。神经网络一个相当重要的能力是其网络能通过它的神经元权值和阈值的不断调整从环境中进行学习，直到网络的输出误差达到预期的结果，就认为网络训练结束。 对于这样一种多输入、单输出的基本单元可以进一步从生物化学、电生物学、数学等方面给出描述其功能的模型。利用大量神经元相互连接组成的人工神经网络，将显示出人脑的若干特征，人工神经网络也具有初步的自适应与自组织能力。在学习或训练过程中改变突触权重wij值，以适应周围环境的要求。同一网络因学习方式及内容不同可具有不同的功能。人工神经网络是一个具有学习能力的系统，可以发展知识，以至超过设计者原有的知识水平。通常，它的学习(或训练)方式可分为两种，一种是有监督(supervised)或称有导师的学习，这时利用给定的样本标准进行分类或模仿；另一种是无监督(unsupervised)学习或称无导师学习，这时，只规定学习方式或某些规则，而具体的学习内容随系统所处环境(即输入信号情况)而异，系统可以自动发现环境特征和规律性，具有更近似于人脑的功能。 在人工神经网络设计及应用研究中，通常需要考虑三个方面的内容，即神经元激活函数、神经元之间的连接形式和网络的学习(训练)。

一、Hopfield模型概述1982年，美国加州工学院J.Hopfield发表一篇对人工神经网络研究颇有影响的论文。他提出了一种具有相互连接的反馈型人工神经网络模型——Hopfield人工神经网络。Hopfield人工神经网络是一种反馈网络(Recurrent Network)，又称自联想记忆网络。其目的是为了设计一个网络，存储一组平衡点，使得当给网络一组初始值时，网络通过自行运行而最终收敛到所存储的某个平衡点上。Hopfield网络是单层对称全反馈网络，根据其激活函数的选取不同，可分为离散型Hopfield网络(Discrete Hopfield Neural Network，简称 DHNN)和连续型 Hopfield 网络(Continue Hopfield Neural Network，简称CHNN)。离散型Hopfield网络的激活函数为二值型阶跃函数，主要用于联想记忆、模式分类、模式识别。这个软件为离散型Hopfield网络的设计、应用。二、Hopfield模型原理离散型Hopfield网络的设计目的是使任意输入矢量经过网络循环最终收敛到网络所记忆的某个样本上。正交化的权值设计这一方法的基本思想和出发点是为了满足下面4个要求：1)保证系统在异步工作时的稳定性，即它的权值是对称的，满足wij=wji，i，j=1，2…，N；2)保证所有要求记忆的稳定平衡点都能收敛到自己；3)使伪稳定点的数目尽可能地少；4)使稳定点的吸引力尽可能地大。正交化权值的计算公式推导如下：1)已知有P个需要存储的稳定平衡点x1，x2…，xP-1，xP，xp∈RN，计算N×(P-1)阶矩阵A∈RN×(P-1)：A=(x1-xPx2-xP…xP-1-xP)T。2)对A做奇异值分解A=USVT，U=(u1u2…uN)，V=(υ1υ2…υP-1)，中国矿产资源评价新技术与评价新模型Σ=diαg(λ1，λ2，…，λK)，O为零矩阵。K维空间为N维空间的子空间，它由K个独立的基组成：K=rαnk(A)，设{u1u2…uK}为A的正交基，而{uK+1uK+2…uN}为N维空间的补充正交基。下面利用U矩阵来设计权值。3)构造中国矿产资源评价新技术与评价新模型总的连接权矩阵为：Wt=Wp-T·Wm，其中，T为大于-1的参数，缺省值为10。Wp和Wm均满足对称条件，即(wp)ij=(wp)ji，(wm)ij=(wm)ji，因而Wt中分量也满足对称条件。这就保证了系统在异步时能够收敛并且不会出现极限环。4)网络的偏差构造为bt=xP-Wt·xP。下面推导记忆样本能够收敛到自己的有效性。(1)对于输入样本中的任意目标矢量xp，p=1，2，…，P，因为(xp-xP)是A中的一个矢量，它属于A的秩所定义的K个基空间的矢量，所以必存在系数α1，α2，…，αK，使xp-xP=α1u1+α2u2+…+αKuK，即xp=α1u1+α2u2+…+αKuK+xP，对于U中任意一个ui，有中国矿产资源评价新技术与评价新模型由正交性质可知，上式中当i=j， ；当i≠j， ；对于输入模式xi，其网络输出为yi=sgn(Wtxi+bt)=sgn(Wpxi-T·Wmxi+xP-WpxP+T·WmxP)=sgn[Wp(xi-xP)-T·Wm(xi-xP)+xP]=sgn[(Wp-T·Wm)(xi-xP)+xP]=sgn[Wt(xi-xP)+xP]=sgn[(xi-xP)+xP]=xi。(2)对于输入模式xP，其网络输出为yP=sgn(WtxP+bt)=sgn(WtxP+xP-WtxP)=sgn(xP)=xP。(3)如果输入一个不是记忆样本的x，网络输出为y=sgn(Wtx+bt)=sgn[(Wp-T·Wm)(x-xP)+xP]=sgn[Wt(x-xP)+xP]。因为x不是已学习过的记忆样本，x-xP不是A中的矢量，则必然有Wt(x-xP)≠x-xP，并且再设计过程中可以通过调节Wt=Wp-T·Wm中的参数T的大小来控制(x-xP)与xP的符号，以保证输入矢量x与记忆样本之间存在足够的大小余额，从而使sgn(Wtx+bt)≠x，使x不能收敛到自身。用输入模式给出一组目标平衡点，函数HopfieldDesign( )可以设计出 Hopfield 网络的权值和偏差，保证网络对给定的目标矢量能收敛到稳定的平衡点。设计好网络后，可以应用函数HopfieldSimu( )，对输入矢量进行分类，这些输入矢量将趋近目标平衡点，最终找到他们的目标矢量，作为对输入矢量进行分类。三、总体算法1.Hopfield网络权值W[N][N]、偏差b[N]设计总体算法应用正交化权值设计方法，设计Hopfield网络；根据给定的目标矢量设计产生权值W[N][N]，偏差b[N]；使Hopfield网络的稳定输出矢量与给定的目标矢量一致。1)输入P个输入模式X=(x[1]，x[2]，…，x[P-1]，x[P])输入参数，包括T、h；2)由X[N][P]构造A[N][P-1]=(x[1]-x[P]，x[2]-x[P]，…，x[P-1]-x[P])；3)对A[N][P-1]作奇异值分解A=USVT；4)求A[N][P-1]的秩rank；5)由U=(u[1]，u[2]，…，u[K])构造Wp[N][N]；6)由U=(u[K+1]，…，u[N])构造Wm[N][N]；7)构造Wt[N][N]=Wp[N][N]-T*Wm[N][N]；8)构造bt[N]=X[N][P]-Wt[N][N]*X[N][P]；9)构造W[N][N](9～13)，构造W1[N][N]=h*Wt[N][N]；10)求W1[N][N]的特征值矩阵Val[N][N](对角线元素为特征值，其余为0)，特征向量矩阵Vec[N][N]；11)求Eval[N][N]=diag{exp[diag(Val)]}[N][N]；12)求Vec[N][N]的逆Invec[N][N]；13)构造W[N][N]=Vec[N][N]*Eval[N][N]*Invec[N][N]；14)构造b[N]，(14～15)，C1=exp(h)-1，C2=-(exp(-T*h)-1)/T；15)构造中国矿产资源评价新技术与评价新模型Uˊ——U的转置；16)输出W[N][N]，b[N]；17)结束。2.Hopfield网络预测应用总体算法Hopfield网络由一层N个斜坡函数神经元组成。应用正交化权值设计方法，设计Hopfield网络。根据给定的目标矢量设计产生权值W[N][N]，偏差b[N]。初始输出为X[N][P]，计算X[N][P]=f(W[N][N]*X[N][P]+b[N])，进行T次迭代，返回最终输出X[N][P]，可以看作初始输出的分类。3.斜坡函数中国矿产资源评价新技术与评价新模型输出范围[-1，1]。四、数据流图Hopfield网数据流图见附图3。五、调用函数说明1.一般实矩阵奇异值分解(1)功能用豪斯荷尔德(Householder)变换及变形QR算法对一般实矩阵进行奇异值分解。(2)方法说明设A为m×n的实矩阵，则存在一个m×m的列正交矩阵U和n×n的列正交矩阵V，使中国矿产资源评价新技术与评价新模型成立。其中Σ=diag(σ0，σ1，…σp)pu2a7dmin(m，n)-1，且σ0≥σ1≥…≥σp＞0，上式称为实矩阵A的奇异值分解式，σi(i=0，1，…，p)称为A的奇异值。奇异值分解分两大步：第一步：用豪斯荷尔德变换将A约化为双对角线矩阵。即中国矿产资源评价新技术与评价新模型其中中国矿产资源评价新技术与评价新模型 中的每一个变换Uj(j=0，1，…，k-1)将A中的第j列主对角线以下的元素变为0，而 中的每一个变换Vj(j=0，1，…，l-1)将A中的第j行主对角线紧邻的右次对角线元素右边的元素变为0。]]<![CDATA[对于每一个变换Vj具有如下形式：中国矿产资源评价新技术与评价新模型其中ρ为一个比例因子，以避免计算过程中的溢出现象与误差的累积，Vj是一个列向量。即Vj=(υ0，υ1，…，υn-1)，则中国矿产资源评价新技术与评价新模型其中中国矿产资源评价新技术与评价新模型第二步：用变形的QR算法进行迭代，计算所有的奇异值。即：用一系列的平面旋转变换对双对角线矩阵B逐步变换成对角矩阵。在每一次的迭代中，用变换中国矿产资源评价新技术与评价新模型其中变换 将B中第j列主对角线下的一个非0元素变为0，同时在第j行的次对角线元素的右边出现一个非0元素；而变换Vj，j+1将第j-1行的次对角线元素右边的一个0元素变为0，同时在第j列的主对角线元素的下方出现一个非0元素。由此可知，经过一次迭代(j=0，1，…，p-1)后，B′仍为双对角线矩阵。但随着迭代的进行。最后收敛为对角矩阵，其对角线上的元素为奇异值。在每次迭代时，经过初始化变换V01后，将在第0列的主对角线下方出现一个非0元素。在变换V01中，选择位移植u的计算公式如下：中国矿产资源评价新技术与评价新模型最后还需要对奇异值按非递增次序进行排列。在上述变换过程中，若对于某个次对角线元素ej满足｜ej｜u2a7dε(｜sj+1｜+｜sj｜)则可以认为ej为0。若对角线元素sj满足｜sj｜u2a7dε(｜ej-1｜+｜ej｜)则可以认为sj为0(即为0奇异值)。其中ε为给定的精度要求。(3)调用说明int bmuav(double*a，int m，int n，double*u，double*v，double eps，int ka)，本函数返回一个整型标志值，若返回的标志值小于0，则表示出现了迭代60次还未求得某个奇异值的情况。此时，矩阵的分解式为UAVT；若返回的标志值大于0，则表示正常返回。形参说明：a——指向双精度实型数组的指针，体积为m×n。存放m×n的实矩阵A；返回时，其对角线给出奇异值(以非递增次序排列)，其余元素为0；m——整型变量，实矩阵A的行数；n——整型变量，实矩阵A的列数；u——指向双精度实型数组的指针，体积为m×m。返回时存放左奇异向量U；υ——指向双精度实型数组的指针，体积为n×n。返回时存放右奇异向量VT；esp——双精度实型变量，给定的精度要求；ka——整型变量，其值为max(m，n)+1。2.求实对称矩阵特征值和特征向量的雅可比过关法(1)功能用雅可比(Jacobi)方法求实对称矩阵的全部特征值与相应的特征向量。(2)方法说明雅可比方法的基本思想如下。设n阶矩阵A为对称矩阵。在n阶对称矩阵A的非对角线元素中选取一个绝对值最大的元素，设为apq。利用平面旋转变换矩阵R0(p，q，θ)对A进行正交相似变换：A1=R0(p，q，θ)TA，其中R0(p，q，θ)的元素为rpp=cosθ，rqq=cosθ，rpq=sinθ，rqp=sinθ，rij=0，i，j≠p，q。如果按下式确定角度θ，中国矿产资源评价新技术与评价新模型则对称矩阵A经上述变换后，其非对角线元素的平方和将减少 ，对角线元素的平方和增加 ，而矩阵中所有元素的平方和保持不变。由此可知，对称矩阵A每次经过一次变换，其非对角线元素的平方和“向零接近一步”。因此，只要反复进行上述变换，就可以逐步将矩阵A变为对角矩阵。对角矩阵中对角线上的元素λ0，λ1，…，λn-1即为特征值，而每一步中的平面旋转矩阵的乘积的第i列(i=0，1，…，n-1)即为与λi相应的特征向量。综上所述，用雅可比方法求n阶对称矩阵A的特征值及相应特征向量的步骤如下：1)令S=In(In为单位矩阵)；2)在A中选取非对角线元素中绝对值最大者，设为apq；3)若｜apq｜＜ε，则迭代过程结束。此时对角线元素aii(i=0，1，…，n-1)即为特征值λi，矩阵S的第i列为与λi相应的特征向量。否则，继续下一步；4)计算平面旋转矩阵的元素及其变换后的矩阵A1的元素。其计算公式如下中国矿产资源评价新技术与评价新模型5)S=S·R(p，q，θ)，转(2)。在选取非对角线上的绝对值最大的元素时用如下方法：首先计算实对称矩阵A的非对角线元素的平方和的平方根中国矿产资源评价新技术与评价新模型然后设置关口υ1=υ0/n，在非对角线元素中按行扫描选取第一个绝对值大于或等于υ1的元素αpq进行平面旋转变换，直到所有非对角线元素的绝对值均小于υ1为止。再设关口υ2=υ1/n，重复这个过程。以此类推，这个过程一直作用到对于某个υk＜ε为止。(3)调用说明void cjcbj(double*a，int n，double*v，double eps)。形参说明：a——指向双精度实型数组的指针，体积为n×n，存放n阶实对称矩阵A；返回时，其对角线存放n个特征值；n——整型变量，实矩阵A的阶数；υ——指向双精度实型数组的指针，体积为n×n，返回特征向量，其中第i列为与λi(即返回的αii，i=0，1，……，n-1)对应的特征向量；esp——双精度实型变量。给定的精度要求。3.矩阵求逆(1)功能用全选主元高斯-约当(Gauss-Jordan)消去法求n阶实矩阵A的逆矩阵。(2)方法说明高斯-约当法(全选主元)求逆的步骤如下：首先，对于k从0到n-1做如下几步：1)从第k行、第k列开始的右下角子阵中选取绝对值最大的元素，并记住此元素所在的行号和列号，再通过行交换和列交换将它交换到主元素位置上，这一步称为全选主元；2) ；3) ，i，j=0，1，…，n-1(i，j≠k)；4)αij- ，i，j=0，1，…，n-1(i，j≠k)；5)- ，i，j=0，1，…，n-1(i≠k)；最后，根据在全选主元过程中所记录的行、列交换的信息进行恢复，恢复原则如下：在全选主元过程中，先交换的行、列后进行恢复；原来的行(列)交换用列(行)交换来恢复。图8-4 东昆仑—柴北缘地区基于HOPFIELD模型的铜矿分类结果图(3)调用说明int brinv(double*a，int n)。本函数返回一个整型标志位。若返回的标志位为0，则表示矩阵A奇异，还输出信息“err**not inv”；若返回的标志位不为0，则表示正常返回。形参说明：a——指向双精度实型数组的指针，体积为n×n。存放原矩阵A；返回时，存放其逆矩阵A-1；n——整型变量，矩阵的阶数。六、实例实例：柴北缘—东昆仑地区铜矿分类预测。选取8种因素，分别是重砂异常存在标志、水化异常存在标志、化探异常峰值、地质图熵值、Ms存在标志、Gs存在标志、Shdadlie到区的距离、构造线线密度。构置原始变量，并根据原始数据构造预测模型。HOPFIELD模型参数设置：训练模式维数8，预测样本个数774，参数个数8，迭代次数330。结果分44类(图8-4，表8-5)。表8-5 原始数据表及分类结果（部分）续表

BP神经网络被称为“深度学习之旅的开端”，是神经网络的入门算法。 各种高大上的神经网络都是基于BP网络出发的，最基础的原理都是由BP网络而来 [1] ，另外由于BP神经网络结构简单，算法经典， 是神经网络中应用最广泛的一种。 BP神经网络（back propagation neural network）全称是反向传播神经网络。 神经网络发展部分背景如下 [2] ： 为解决非线性问题，BP神经网络应运而生。 那么什么是BP神经网络？稍微专业点的解释要怎么说呢？ 很喜欢 最简单的神经网络--Bp神经网络 一文对算法原理的解释，语言活泼，案例简单，由浅入深。 文中提到所谓的 AI 技术，本质上是一种数据处理处理技术，它的强大来自于两方面：1.互联网的发展带来的海量数据信息；2.计算机深度学习算法的快速发展。AI 其实并没有什么神秘，只是在算法上更为复杂 [3] 。 我们从上面的定义出发来解释BP神经网络的原理。 BP神经网络整个网络结构包含了：一层输入层，一到多层隐藏层，一层输出层。 一般说L层神经网络，指的是有L个隐层，输入层和输出层都不计算在内的 [6] 。 BP神经网络模型训练的学习过程由信号的 正向传播 和误差的 反向传播 两个过程组成。 什么是信号的正向传播？顾名思义，就是结构图从左到右的运算过程。 我们来看看结构图中每个小圆圈是怎么运作的。我们把小圈圈叫做神经元，是组成神经网络的基本单元。 正向传播就是输入数据经过一层一层的神经元运算、输出的过程，最后一层输出值作为算法预测值y"。 前面正向传播的时候我们提到权重w、偏置b，但我们并不知道权重w、偏置b的值应该是什么。关于最优参数的求解，我们在 线性回归 、 逻辑回归 两章中有了详细说明。大致来讲就是： BP神经网络全称 back propagation neural network，back propagation反向传播是什么？ 反向传播的建设本质上就是寻找最优的参数组合，和上面的流程差不多，根据算法预测值和实际值之间的损失函数L(y",y)，来反方向地计算每一层的z、a、w、b的偏导数，从而更新参数。 对反向传播而言，输入的内容是预测值和实际值的误差，输出的内容是对参数的更新，方向是从右往左，一层一层的更新每一层的参数。 BP神经网络通过先正向传播，构建参数和输入值的关系，通过预测值和实际值的误差，反向传播修复权重；读入新数据再正向传播预测，再反向传播修正，...，通过多次循环达到最小损失值，此时构造的模型拥有最优的参数组合。 以一个简单的BP神经网络为例，由3个输入层，2层隐藏层，每层2个神经元，1个输出层组成。 【输入层】传入 【第一层隐藏层】 对于 神经元而言，传入 ，加权求和加偏置激活函数处理后，输出 ； 对于 神经元而言，传入 ，加权求和加偏置函数处理后，输出 ； 输出： 【第二层隐藏层】 对于 神经元而言，传入 ，加权求和加偏置激活函数处理后，输出 ； 对于 神经元而言，传入 ，加权求和加偏置激活函数处理后，输出 ； 输出： 【输出层】 对于输出层神经元而言，输入 ，加权求和加偏置激活函数处理后，输出 ，输出的是一个值 第一次运行正向传播这个流程时随用随机参数就好，通过反向传播不断优化。因此需要在一开始对 设置一个随机的初始值。 首先计算正向传播输出值 与实际值的损失 ，是一个数值。所谓反向是从右到左一步步来的，先回到 ，修正参数 。以此类推，通过对损失函数求偏导跟新参数 ，再跟新参数 。这时又回到了起点，新的数据传入又可以开始正向传播了。 keras可以快速搭建神经网络，例如以下为输入层包含7129个结点，一层隐藏层，包含128个结点，一个输出层，是二分类模型。 神经网络反向传播的优化目标为loss，可以观察到loss的值在不断的优化。 可以通过model.get_layer().get_weights()获得每一层训练后的参数结果。通过model.predict()预测新数据。 至此，BP神经网络的整个运算流程已经过了一遍。之前提到BP神经网络是为解决非线性问题应运而生的，那么为什么BP神经网络可以解决非线性问题呢？ 还记得神经元里有一个激活函数的操作吗？神经网络通过激活函数的使用加入非线性因素。 通过使用非线性的激活函数可以使神经网络随意逼近复杂函数，从而使BP神经网络既可以处理线性问题，也可以处理非线性问题。 为什么激活函数的使用可以加入非线性因素 [7] ？ 其实逻辑回归算法可以看作只有一个神经元的单层神经网络，只对线性可分的数据进行分类。 输入参数，加权求和，sigmoid作为激活函数计算后输出结果，模型预测值和实际值计算损失Loss,反向传播梯度下降求编导，获得最优参数。 BP神经网络是比 Logistic Regression 复杂得多的模型，它的拟合能力很强，可以处理很多 Logistic Regression处理不了的数据，但是也更容易过拟合。 具体用什么算法还是要看训练数据的情况，没有一种算法是使用所有情况的。 常见的前馈神经网络有BP网络，RBF网络等。 BP神经网络的一个主要问题是：结构不好设计。 网络隐含层的层数和单元数的选择尚无理论上的指导，一般是根据经验或者通过反复实验确定。 但是BP神经网络简单、易行、计算量小、并行性强，目前仍是多层前向网络的首选算法。 [1] 深度学习开端---BP神经网络： https://blog.csdn.net/Chile_Wang/article/details/100557010 [2] BP神经网络发展历史： https://zhuanlan.zhihu.com/p/47998728 [3] 最简单的神经网络--Bp神经网络： https://blog.csdn.net/weixin_40432828/article/details/82192709 [4] 神经网络的基本概念： https://blog.csdn.net/jinyuan7708/article/details/82466653 [5] 神经网络中的 “隐藏层” 理解： https://blog.csdn.net/nanhuaibeian/article/details/100183000 [6] AI学习笔记：神经元与神经网络： https://www.jianshu.com/p/65eb2fce0e9e [7] 线性模型和非线性模型的区别： https://www.cnblogs.com/toone/p/8574294.html [8] BP神经网络是否优于logistic回归： https://www.zhihu.com/question/27823925/answer/38460833

深度学习是由深层神经网络+机器学习造出来的词。深度最早出现在deep belief network（深度（层）置信网络）。其出现使得沉寂多年的神经网络又焕发了青春。GPU使得深层网络随机初始化训练成为可能。resnet的出现打破了层次限制的魔咒，使得训练更深层次的神经网络成为可能。深度学习是神经网络的唯一发展和延续。在现在的语言环境下，深度学习泛指神经网络，神经网络泛指深度学习。在当前的语境下没有区别。定义生物神经网络主要是指人脑的神经网络，它是人工神经网络的技术原型。人脑是人类思维的物质基础，思维的功能定位在大脑皮层，后者含有大约10^11个神经元，每个神经元又通过神经突触与大约103个其它神经元相连，形成一个高度复杂高度灵活的动态网络。作为一门学科，生物神经网络主要研究人脑神经网络的结构、功能及其工作机制，意在探索人脑思维和智能活动的规律。人工神经网络是生物神经网络在某种简化意义下的技术复现，作为一门学科，它的主要任务是根据生物神经网络的原理和实际应用的需要建造实用的人工神经网络模型，设计相应的学习算法，模拟人脑的某种智能活动，然后在技术上实现出来用以解决实际问题。因此，生物神经网络主要研究智能的机理；人工神经网络主要研究智能机理的实现，两者相辅相成。

（一）方法原理人工神经网络是由大量的类似人脑神经元的简单处理单元广泛地相互连接而成的复杂的网络系统。理论和实践表明，在信息处理方面，神经网络方法比传统模式识别方法更具有优势。人工神经元是神经网络的基本处理单元，其接收的信息为x1，x2，…，xn，而ωij表示第i个神经元到第j个神经元的连接强度或称权重。神经元的输入是接收信息X＝（x1，x2，…，xn）与权重W＝｛ωij｝的点积，将输入与设定的某一阈值作比较，再经过某种神经元激活函数f的作用，便得到该神经元的输出Oi。常见的激活函数为Sigmoid型。人工神经元的输入与输出的关系为地球物理勘探概论式中：xi为第i个输入元素，即n维输入矢量X的第i个分量；ωi为第i个输入与处理单元间的互联权重；θ为处理单元的内部阈值；y为处理单元的输出。常用的人工神经网络是BP网络，它由输入层、隐含层和输出层三部分组成。BP算法是一种有监督的模式识别方法，包括学习和识别两部分，其中学习过程又可分为正向传播和反向传播两部分。正向传播开始时，对所有的连接权值置随机数作为初值，选取模式集的任一模式作为输入，转向隐含层处理，并在输出层得到该模式对应的输出值。每一层神经元状态只影响下一层神经元状态。此时，输出值一般与期望值存在较大的误差，需要通过误差反向传递过程，计算模式的各层神经元权值的变化量 。这个过程不断重复，直至完成对该模式集所有模式的计算，产生这一轮训练值的变化量Δωij。在修正网络中各种神经元的权值后，网络重新按照正向传播方式得到输出。实际输出值与期望值之间的误差可以导致新一轮的权值修正。正向传播与反向传播过程循环往复，直到网络收敛，得到网络收敛后的互联权值和阈值。（二）BP神经网络计算步骤（1）初始化连接权值和阈值为一小的随机值，即W（0）＝任意值，θ（0）＝任意值。（2）输入一个样本X。（3）正向传播，计算实际输出，即根据输入样本值、互联权值和阈值，计算样本的实际输出。其中输入层的输出等于输入样本值，隐含层和输出层的输入为地球物理勘探概论输出为地球物理勘探概论式中：f为阈值逻辑函数，一般取Sigmoid函数，即地球物理勘探概论式中：θj表示阈值或偏置；θ0的作用是调节Sigmoid函数的形状。较小的θ0将使Sigmoid函数逼近于阈值逻辑单元的特征，较大的θ0将导致Sigmoid函数变平缓，一般取θ0＝1。（4）计算实际输出与理想输出的误差地球物理勘探概论式中：tpk为理想输出；Opk为实际输出；p为样本号；k为输出节点号。（5）误差反向传播，修改权值地球物理勘探概论式中：地球物理勘探概论地球物理勘探概论（6）判断收敛。若误差小于给定值，则结束，否则转向步骤（2）。（三）塔北雅克拉地区BP神经网络预测实例以塔北雅克拉地区S4井为已知样本，取氧化还原电位，放射性元素Rn、Th、Tc、U、K和地震反射 构造面等7个特征为识别的依据。 构造面反映了局部构造的起伏变化，其局部隆起部位应是油气运移和富集的有利部位，它可以作为判断含油气性的诸种因素之一。在该地区投入了高精度重磁、土壤微磁、频谱激电等多种方法，一些参数未入选为判别的特征参数，是因为某些参数是相关的。在使用神经网络方法判别之前，还采用K-L变换（Karhaem-Loeve）来分析和提取特征。S4井位于测区西南部5线25点，是区内唯一已知井。该井在5390.6m的侏罗系地层获得40.6m厚的油气层，在5482m深的震旦系地层中获58m厚的油气层。取S4井周围9个点，即4～6线的23～25 点作为已知油气的训练样本；由于区内没有未见油的钻井，只好根据地质资料分析，选取14～16线的55～57点作为非油气的训练样本。BP网络学习迭代17174次，总误差为0.0001，学习效果相当满意。以学习后的网络进行识别，得出结果如图6-2-4所示。图6-2-4 塔北雅克拉地区BP神经网络聚类结果（据刘天佑等，1997）由图6-2-4可见，由预测值大于0.9可得5个大封闭圈远景区，其中测区南部①号远景区对应着已知油井S4井；②、③号油气远景区位于地震勘探所查明的托库1、2号构造，该两个构造位于沙雅隆起的东段，其西段即为1984年钻遇高产油气流的Sch2井，应是含油气性好的远景区；④、⑤号远景区位于大涝坝构造，是yh油田的组成部分。

人工神经网络就是模拟人思维的第二种方式。这是一个非线性动力学系统，其特色在于信息的分布式存储和并行协同处理。虽然单个神经元的结构极其简单，功能有限，但大量神经元构成的网络系统所能实现的行为却是极其丰富多彩的。人工神经网络首先要以一定的学习准则进行学习，然后才能工作。现以人工神经网络对手写“A”、“B”两个字母的识别为例进行说明，规定当“A”输入网络时，应该输出“1”，而当输入为“B”时，输出为“0”。所以网络学习的准则应该是：如果网络作出错误的的判决，则通过网络的学习，应使得网络减少下次犯同样错误的可能性。首先，给网络的各连接权值赋予(0，1)区间内的随机值，将“A”所对应的图象模式输入给网络，网络将输入模式加权求和、与门限比较、再进行非线性运算，得到网络的输出。在此情况下，网络输出为“1”和“0”的概率各为50%，也就是说是完全随机的。这时如果输出为“1”(结果正确)，则使连接权值增大，以便使网络再次遇到“A”模式输入时，仍然能作出正确的判断。如果输出为“0”(即结果错误)，则把网络连接权值朝着减小综合输入加权值的方向调整，其目的在于使网络下次再遇到“A”模式输入时，减小犯同样错误的可能性。如此操作调整，当给网络轮番输入若干个手写字母“A”、“B”后，经过网络按以上学习方法进行若干次学习后，网络判断的正确率将大大提高。这说明网络对这两个模式的学习已经获得了成功，它已将这两个模式分布地记忆在网络的各个连接权值上。当网络再次遇到其中任何一个模式时，能够作出迅速、准确的判断和识别。一般说来，网络中所含的神经元个数越多，则它能记忆、识别的模式也就越多。如图所示拓扑结构的单隐层前馈网络，一般称为三层前馈网或三层感知器，即：输入层、中间层（也称隐层）和输出层。它的特点是：各层神经元仅与相邻层神经元之间相互全连接，同层内神经元之间无连接，各层神经元之间无反馈连接，构成具有层次结构的前馈型神经网络系统。单计算层前馈神经网络只能求解线性可分问题，能够求解非线性问题的网络必须是具有隐层的多层神经网络。