神經網路介紹

2021-10-02 19:14:52 字數 1905 閱讀 5098

● 傳統神經網路結構比較簡單,訓練時隨機初始化輸入引數,並開啟迴圈計算輸出結果,與實際結果進行比較從而得到損失函式,並更新變數使損失函式結果值極小,當達到誤差閾值時即可停止迴圈。

● 神經網路的訓練目的是希望能夠學習到乙個模型,實現輸出乙個期望的目標值。學習的方式是在外界輸入樣本的刺激下不斷改變網路的連線權值。

● 傳統神經網路主要分為三類:前饋型神經網路、反饋型神經網路、自組織神經網路。這幾類有不同的學習訓練演算法,可以歸結為有監督學習演算法和無監督學習演算法。

● 前饋神經網路(20世紀80年代)是一種單向多層的網路結構,即資訊是輸入層開始,逐層向乙個方向傳遞,一直到輸出層結束。不調整權重引數。

● bp神經網路也是前饋神經網路,只是它的權重引數由反向傳播的演算法調整的。bp神經網路結構包括輸入層、隱層、輸出層,利用啟用函式來實現從輸入到輸出的任意非線性對映,從而模擬各層神經元之間的互動。啟用函式必須滿足處處可導的條件。

bp神經網路訓練過程的基本步驟:

——初始化網路權重和神經元的閾值,一般通過隨機的方式進行初始化

——前向傳播:計算隱層神經元和輸出層神經元的輸出

——後向傳播:根據目標函式公式修正權值wij

訓練的目的:優化權重和偏差,使損失值最小。

批量訓練:所以樣本訓練完之後,根據損失函式迭代調整權重和偏差。

隨機梯度下降:隨機選擇部分樣本,每輸入乙個樣本,則調整一次權重和偏差。

● 「梯度消失」問題:在優化調整權重引數時,越靠近輸入層,權重越小,通常都是接近於0,所以權重基本上修改的很少或者沒有修改,則導致學習較差或停止。(要選擇正確的啟用函式)

● 啟用函式經常使用sigmoid函式、tanh函式、relu函式,啟用函式通常有以下性質:

— 非線性

— 可微性

— 單調性

— f(x)≈x

— 輸出值範圍

— 計算簡單

— 歸一化

1.sigmoid函式優點:輸出範圍有限,資料在傳遞過程中不容易發散,輸出範圍為(0,1)。

sigmoid函式缺點:梯度下降非常明顯。

2.tanh函式將資料對映到 [-1,1],解決了sigmoid函式輸出值域不對稱問題,但是梯度消失問題仍然存在。

3.relu函式是目前神經網路裡常用的啟用函式,relu函式是線性特點使得其收斂速度比sigmoid、tanh更快,而且沒有梯度飽和的情況出現,計算更加高效。

● 損失函式,也叫代價函式,評價模型對樣本擬合度,**結果與實際值越接近,說明模型的擬合能力越強,對應損失函式的結果就越小。

例:交叉熵損失函式,主要用於在互相排斥的分類任務中,目標為二分類問題,分類誤差越小,則損失越小。

● 學習率

學習率(學習步長)控制每次更新引數的幅度,過高或過低的學習率都可能對模型帶來不良影響,合適的學習率可以加快模型的訓練速度。

常見學習率調整方法:

——基於經驗的手動調整

——固定學習率

——動量法動態調整

——隨機梯度下降

——adam自動調整

● 過擬合

過擬合是指在訓練集上**效果好,但在測試集上**效果差。

常用的防止過擬合的方法有:

——引數範數懲罰:懲罰性成本函式,正則化

——資料增強

——提前終止

——bagging等整合方法

——dropout(漏失,隨機刪除乙個神經元子集,有助於防止神經網路過度依賴單個路徑,增強其健壯性)

——批正則化

——動量(每次僅略微改變方向)

● 模型訓練中的問題

——選擇適當的啟用函式

——權重初始化

——學習率

——週期/訓練迭代次數

——訓練過程視覺化(tensorflow框架)

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