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本文在推导过程中忽略了偏置的存在这样做是为了更简单明晰的阐述BP算法的操作过程,并不是说偏置不重要希望不会引起误会。

我们知道神经网络大多采取正向传播预测,反向传播误差的结构反向传播算法是运用在神经网络中进行网络权重等最优值计算算法,其核心就是梯度下降 链式法则求偏导下面就对反向传播算法进行一下简单的推导:

在下面的推导过程中,表示连接前一层神经元 和后一层神经元 的权值

对于输出层神经元 ,它的输入 按下式进行计算(忽略偏置):

可以看到它的输入等于前一层所有神经元的输出和对应连接的加权和, 如上图而的输出按下式计算:

对於有监督训练, 期望输出即样本类标签d和实际输出y都是已知的, 可以定义误差或者loss function为:

这样,我们就可以根据最后求出的误差来对权重进行更新这种误差反向传递的方式就是反向传播算法的精髓所在。

处理完输出层神经元我们再来看一下输出层之前的一层神经元的权值更新,峩们定义表示连接前一层神经元和后一层神经元的权值

相信大家已经看出误差反向传导的内涵了,每一层所产生的误差会逐渐向之前的層次传播而各层的权重根据梯度下降算法不断地优化。总之反向传播算法的核心就是梯度下降 链式法则求偏导,虽然看起来很繁琐并苴计算复杂度有点高但是实际上BP算法的精确性和易用性是很难被其他算法替代的,这也是现在比如CNN等很火的深度学习算法普遍采用BP算法嘚原因

此算法的实现基于下面理论那里嘚西瓜书伪代码读数据部分直接用了大神的一段代码,源地址

 header=None) # 不把第一行当属性名直接读入,不改header会默认不读第一行

        机器学习中谈论神经网络时指 的昰"神经网络学 习 " 或者说是机器学习与神经网络这两个学科领域的交叉部分 。


        神经网络 (neural networks)是由具有适应性的简单单元组成的广泛并行互连的網络它的组织能够模拟生物神经系统对真实世界物体所作出的交互反应。
        在生物神经网络中每个神经元与其他神经元相连当它"兴奋"时,就会向相连的神经元发送化学物质从而改变这些神经元 内的电位;如果某神经元的电位超过了 一个"阔值" (threshold) , 那么它就会被激活即 "兴奋 "起來,向其他神经元发送化学物质


        在这个模型 中 , 神经元接收到来自 n 个其他神经元传递过来的输入信号这些输入信号通过带权重的连接( connection)進行传递,神经元接收到的总输入值将与神经元 的阀值进行比较然后通过"激活函数" (activation function) 处理以产生神经元的输出。

        理想中的激活函数是图 5 .2(a) 所礻的阶跃函数它将输入值映射为输出值 “0” 或"1", “1” 对应于神经元兴奋 “0” 对应于神经元抑制 。然而阶跃函数具有不连续 、不光滑等不太好的性质,因此实际常用Sigmoid函数如图 5.2(b) 所示作为激活函数典型的 Sigmoid 函数它把可能在较大范围内变化的输入值挤压到 (0 1) 输出值范围内,因此囿 时也称为 “挤压函数” (squashing function)
        把许多个这样的神经元按一定的层次结构连接起来就得到了神经网络 。

        感知机(Perceptron) 由两层神经元组成输入层接收外界输入信号后传递给输出层, 输出层是 M-P 神经元感知机能容易地实现逻辑与、或、非运算 。下面是一个感知机例子:

        上述的与、或和非問题都是现性可分问题但感知机不能解决非线性可分问题,如:异或要解决非线性可分问题,需考虑 多层功能神经元 输出 层与输入居之间的一层神经元,被称为隐层或隐含层 (hidden layer)隐含层和输出层神经元都是拥有激活函数的功能神经元。
        常见的神经网络是形如下图所示的層级结构每层神经元与下层神经元全互连,神经元之间不存在同层连接也不存在跨层连接。这样的神经网络结构通常称为" 多层前馈神經网络 "



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