神經網路學習

2021-08-14 18:57:12 字數 1402 閱讀 3600

1、神經元模型

神經網路最廣泛的定義:神經網路是由具有適應性的簡單單元組成的廣泛並行互聯的網路,他的組織能夠模擬生物神經系統對真實世界物體所作出的互動反應。

神經網路中最基本的成分是神經元模型,即上述定義中的「簡單單元」。在生物神經網路中,神經元之間相連,當某乙個「興奮」時,就會向相連的神經元傳送化學物質,從而改變這些神經元內的電位,如果超過「閾值」,那麼就被啟用,即「興奮」起來,向其他神經元傳送化學物質。

上述情形可以抽象為下圖所示的簡單模型,「m-p神經元模型」

神經元接受到的總輸入值與神經元的閾值進行比較,然後通過「啟用函式」處理以產生神經元的輸出。

以下是理想中的階躍函式和常用的擠壓函式

2、感知機與多層網路

感知機由兩層神經元組成,輸入層接收外界輸入訊號後傳遞給輸出層,輸出層是m-p神經元,亦稱「閾值邏輯單元」

感知機能容易的實現邏輯與、或、非運算。

感知機的學習規則非常簡單,對訓練樣例(x,y),若當前感知機的輸出為y』,則感知機權重調整:

η∈(0,1)成為學習率,通常為小正整數。

感知機只有輸出層神經元進行啟用函式處理,即只擁有一層功能神經元,學習能力有限,只能解決與、或、非等線性可分的問題,像異或這樣簡單的非線性可分問題也不能解決。

要解決非線性可分問題,需要考慮使用多層功能神經元。

兩層感知機(單隱層網路),輸出層與輸入層之間的一層神經元被稱為隱層或隱含層,隱含層和輸出層神經元都是擁有啟用函式的功能神經元。

常見的神經網路(下圖)層級結構。每層神經元與下一層神經元全互通,神經元之間不存在同層連線,也不存在跨層連線。這樣的神經網路結構通常稱為「多層前反饋神經網路」。

輸入層接收外界輸入,隱層與輸出層對訊號進行加工,最終結果由輸出層神經元輸出。

神經網路的學習過程就是根據訓練資料來調整神經元之間的「連線權」以及每個功能神經元的閾值。

3、誤差逆傳播演算法

bp演算法不僅可用於多層前饋神經網路,還可用於其他型別的神經網路,例如訓練遞迴神經網路,但通常所說的bp網路,一般是指用bp演算法訓練的多層前饋神經網路。

bp演算法基於梯度下降策略,以目標的負梯度方向對引數進行調整。

學習率 η

∈(0,1)控制著演算法每一輪迭代中的更新步長,若太大則容易振盪,太小則收斂速度過慢,(還容易陷入區域性最優)

全域性最小與區域性極小

求導易陷入區域性最優解

現實任務中,常採用以下策略來試圖「跳出」區域性極小

1、以多組不同引數值初始化多個神經網路,按標準方法訓練後,取其中誤差最小的解作為最終引數。

2、使用「模擬退火」技術,在每一步以一定的概率接受乙個次優解,隨著時間的推移接受次優解的概率逐漸降低,從而保證演算法穩定。

3、使用隨機梯度下降,與標準梯度下降法精確計算梯度不同,隨機梯度下降法在計算梯度時加入了隨機因素。

此外,遺傳演算法也常用來訓練神經網路以更好地逼近全域性最小。

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