【神经网络原理】神经网络结构 & 符号约定

如题所述

第1个回答  2022-07-12

神经元模型的符号约定:输入: ,权重(weight): ,偏置(bias): ,未激活值: ,激活输出值:
神经元可用于解决部分二分类问题 ——当有一个类别未知的 输入感知机,若 输出值a = 1时,感知机被激活 ,代表 x 属于第一类;若 输出值a = 0时,感知机未激活 ,则代表 x 属于第二类。而对于sigmoid神经元,若输出值a ≥ 0.5时,代表 x 属于第一类,否则为第二类。

不难看出,感知机可以轻松实现“与非”逻辑,而与非逻辑可以组合成其他任意的逻辑,但对于一些过于复杂的问题,我们难以写出其背后地逻辑结构。 这时候神经网络就能大显身手 :它可以自适应的学习规律,调节网络地权重和偏置等参数,我们只需要用大量的数据对其正确地训练,即可得到我们想要的效果!
那有一个很有意思的问题:相比于阶跃函数,为什么我们在神经网络中更愿意采用sigmoid函数作为激活函数呢?

首先,由于感知机的激活函数为阶跃函数(在0处突变),权重的一个小的变化就可能导致输出值的突变,而如果将激活函数替换为sigmoid函数,输出值的变化就能发生相应的小的变化,有利于网络学习;另外,由于采用二次代价函数作为损失函数时,利用BP算法求梯度值需要对冲激函数求导,sigmoid函数正好时连续可导的,而且导数很好求。

为了便于理解,先画一个三层的全连接神经网络示意图,激活函数都选用sigmoid函数。 全连接神经网络 指除输出层外,每一个神经元都与下一层中的各神经元相连接。网络的第一层为 输入层 ,最后一层为 输出层 ,中间的所有层统称为 隐藏层 。其中,输入层的神经元比较特殊,不含偏置 ,也没有激活函数 。

神经网络结构的符号约定 : 代表第 层的第 个神经元与第 层的第 个神经元连线上的权重; 代表第 层与第 层之间的所有权重 构成的权重矩阵。 分别代表第 层的第 个神经元对应的偏置、未激活值、激活值; 则分别代表第 层的所有偏置组成的列向量、所有未激活值组成的列向量以及所有激活值组成的列向量。

下面展示了一个手写体识别的三层全连接神经网络结构:

隐藏层的功能可以看作是各种特征检测器的组合:检测到相应特征时,相应的隐藏层神经元就会被激活,从而使输出层相应的神经元也被激活。

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