第2章 神经元模型和网络结构
BP神经网络模型PPT课件
BP网络的标准学习算法-算法思想
学习的类型：有导师学习 核心思想：
将输出误差以某种形式通过隐层向输入层逐层反传
将误差分摊给各层的所有 单元－－－各层单元的误 差信号
学习的过程： 信号的正向传播
(
yio (k) who
h
whohoh (k) bo )
who
hoh (k)
e
yio
(1 2
q
(do(k)
o1
yio
yoo (k)))2
(do (k )
yoo (k)) yoo
(k)
(do(k) yoo (k))f ( yio(k)) o(k)
小于零时，权值调整量
为正，实际输出少于期
望输出，权值向增大方向
调整，使得实际输出与期
望输出的差减少。
who
e who
<0,
此时Δwho>0
BP神经网络学习算法的MATLAB实现
MATLAB中BP神经网络的重要函数和基本 功能
函数名
功能
newff()
生成一个前馈BP网络
tansig()
双曲正切S型(Tan-Sigmoid)传输函数
神经元网络工作的全部秘密就在于它的权重值，
神经网络概述
选择不同的权重值，神经元网络就会有不同的 输入-输出关系。 神经元网络的具体工作原理：我们将样本数据 的输入值输进神经元网络，就得到一组输出值。 这组输出值当然不是我们的理想输出值。于是， 我们就根据实际输出与理想输出的差来修正权 值，以缩小这种差别。这样反复训练多次，最 后，使实际输出与理想输出趋于一致。这样， 神经元网络就可以用来代替我们所需要的模型 了。
人工智能控制技术课件：神经网络控制
例如，在听觉系统中，神经细胞和纤维是按照其最敏感的频率分
布而排列的。为此，柯赫仑（Kohonen）认为，神经网络在接受外
界输入时，将会分成不同的区域，不同的区域对不同的模式具有
不同的响应特征，即不同的神经元以最佳方式响应不同性质的信
号激励，从而形成一种拓扑意义上的有序图。这种有序图也称之
,
,
⋯
,
)
若 输 入 向 量 X= ( 1
， 权 值 向 量
2
W=(1 , 2 , ⋯ , ) ，定义网络神经元期望输出 与
实际输出 的偏差E为：
E= −
PERCEPTRON学习规则
感知器采用符号函数作为转移函数，当实际输出符合期
望时，不对权值进行调整，否则按照下式对其权值进行
单神经元网络
对生物神经元的结构和功能进行抽象和
模拟，从数学角度抽象模拟得到单神经
元模型，其中 是神经元的输入信号，
表示一个神经元同时接收多个外部刺激；
是每个输入所对应的权重，它对应
于每个输入特征，表示其重要程度；
是神经元的内部状态； 是外部输入信
号； 是一个阈值（Threshold）或称为
第三代神经网络：
2006年，辛顿（Geofrey Hinton）提出了一种深层网络模型——深度
置信网络（Deep Belief Networks，DBN），令神经网络进入了深度
学习大发展的时期。深度学习是机器学习研究中的新领域，采用无
监督训练方法达到模仿人脑的机制来处理文本、图像等数据的目的。
控制方式，通过神经元及其相互连接的权值，逼近系统
人工智能导论第二章答案
人工智能导论第二章答案1、单选题：下列关于智能说法错误的是（）选项：A:细菌不具有智能B:任何生命都拥有智能C:从生命的角度看，智能是生命适应自然界的基本能力D:目前，人类智能是自然只能的最高层次答案: 【细菌不具有智能】2、判断题：目前，智能的定义已经明确，其定义为：智能是个体能够主动适应环境或针对问题，获取信息并提炼和运用知识，理解和认识世界事物，采取合理可行的（意向性）策略和行动，解决问题并达到目标的综合能力。
（）选项：A:错B:对答案: 【错】3、判断题：传统人工智能领域将人工智能划分为强人工智能与弱人工智能两大类。
所谓强人工智能指的就是达到人类智能水平的技术或机器，否则都属于弱人工智能技术。
（）选项：A:错B:对答案: 【对】4、判断题：人类历史上第一个人工神经元模型为MP模型，由赫布提出。
（）选项：A:对B:错答案: 【错】5、单选题：下列关于数据说法错误的是（）选项：A:数据可以分为模拟数据和数字数据两类B:数据就是描述事物的符号记录，是可定义为有意义的实体C:我们通常所说的数据即能够直接作为计算机输入的数据是模拟数据D:在当今社会，数据的本质是生产资料和资产答案: 【我们通常所说的数据即能够直接作为计算机输入的数据是模拟数据】6、多选题：下列关于大数据的说法中正确的有（）选项：A:大数据具有多样、高速的特征B:“大数据”是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产C:大数据带来的思维变革中，更多是指更多的随机样本D:“大数据时代”已经来临答案: 【大数据具有多样、高速的特征;“大数据”是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产;“大数据时代”已经来临】7、判断题：大数据在政府公共服务、医疗服务、零售业、制造业、以及涉及个人位置服务等领域都将带来可观的价值。
（）选项：A:对B:错答案: 【对】8、多选题：人工智能在各个方面都有广泛应用，其研究方向也众多，下面属于人工智能研究方向的有（）选项：A:知识图谱B:模式识别C:语音识别D:机器学习答案: 【知识图谱;模式识别;语音识别;机器学习】9、判断题：机器人发展经历了程序控制机器人（第一代）、自适应机器人（第二代）、智能机器人（现代）三代发展历程。
第九讲 _人工神经元计算方法 -02
n
a j f ( wjiai ) f (s) i0
f称为传递函数(activation function）或作用函数 （激励函数），它决定节点(神经元)的输出。
人工神经网络的传递函数有多种：
阶跃函数
对称阶跃函数 sigmoid型函数
常用传递函数
线性函数
A.
阶跃函数
BP常用传递函数
***人工神经网络的主要学习算法 神经网络主要通过两种学习算法进行训练，
即指导式（有师）学习算法和非指导式（无师） 学习算法。此外，还存在第三种学习算法，即 强化学习算法；可把它看做有师学习的一种特 例。
1）有师学习
有师学习算法能够根据期望的和网络实际输出(对 应于给定输入)间的差来调整神经元间连接的强度或权。 因此，有师学习需要有个老师或导师来提供期望或目 标输出信号。
细胞体----神经元的主体，它是接受与处理信息的 部件。
树突-----细胞体的信息输入端，神经元靠树突接 受来自其他神经元的信号。
轴突------神经纤维，轴突比树突长，用来传出细胞 体产生的输出电化学信号，相当于细胞体的输出端
。突触------一个神经元的神经末梢与另一个神经 元树突或细胞体的连接，这种连接相当于神经元之
2）反馈网络
x0
x1
x2
x3
最著名的是1982年美国
加州理工学院生物物理
学家霍夫菲尔德（L．Hopfield） y0 提出了Hopfield反馈网络，
其连接形式如图所示。
Байду номын сангаас
y1
y2
y3
Hopfield反馈网络模型
反馈网络是每个神经元同时将自身的输出信号反馈给其他神经 元输入端，与最初的输入信号整合后，作为新的输入信号输入， 重新进入Hopfield网络，进行运算，工作一段时间才能达到稳 定，使神经网络处于稳定的输出状态。
神经网络基础
神经网络理论基础§1 引言当你现在学习神经网络知识的时候，你实际上正在使用着一个复杂的生物神经网络。
神经生理学和神经解剖学证明，人的思维是由脑完成的。
神经元是组成人脑的最基本单元，能够接受并处理信息。
人脑约由101l~1012个神经元组成，其中，每个神经元约与104~105个神经元通过突触联接，形成极为错纵复杂而且又灵活多变的神经网络。
虽然，每个神经元都比较简单，但是，如此多的神经元经过复杂的联接却可以演化出丰富多彩的行为方式。
因此，人脑是一个复杂的信息并行加工处理巨系统。
探索脑组织的结构、工作原理及信息处理的机制，是整个人类面临的一项挑战，也是整个自然科学的前沿。
关于人脑的功能，一方面受先天因素的制约，即由遗传信息先天确定了其结构与特性，另一方面后天因素也起重要的作用，即大脑可通过其自组织(Self-Organization)、自学习(Self-Learning)，不断适应外界环境的变化。
一般认为，包括记忆在内的所有生物神经功能，都存贮在神经元及其之间的连接上。
学习被看作是在神经元之间建立新的连接或对已有的连接进行修改的过程。
大脑的自组织、自学习性，来源于神经网络结构的这种可塑性(Plasticity)，它主要反映在神经元之间联接强度是可变的。
既然我们已经对生物神经网络有一个基本的认识，那么能否利用一些简单的人工“神经元”构造一个小神经网络系统，然后对其进行训练，从而使它们具有一定有用功能呢？答案是肯定的。
当然，人工神经元不是生物神经元，它们是对生物神经元极其简单的抽象，可以用程序或硅电路实现。
虽然由这些神经元组成的网络的能力远远不及人脑的那么强大，但是可以对其进行训练，以实现一些有用的功能。
§2神经网络模型2.1 生物神经网络的启示前面分析可知，人脑由大量的、高度互连的神经元组成。
神经元主要由三部分组成：树突、细胞体和轴突。
树突是树状的神经纤维接收网络，它将电信号传送到细胞体，细胞体对这些输入信号进行整合并进行阈值处理。
人工神经网络的模型
人工神经网络的模型:人工神经元的模型、常用的激活转移函数、MP模型神经元人工神经元的主要结构单元是信号的输入、综合处理和输出人工神经元之间通过互相联接形成网络，称为人工神经网络神经元之间相互联接的方式称为联接模式。
相互之间的联接强度由联接权值体现。
在人工神经网络中，改变信息处理及能力的过程,就是修改网络权值的过程.人工神经网络的构造大体上都采用如下的一些原则：由一定数量的基本神经元分层联接；每个神经元的输入、输出信号以及综合处理内容都比较简单；网络的学习和知识存储体现在各神经元之间的联接强度上。
神经网络解决问题的能力与功效除了与网络结构有关外，在很大程度上取决于网络激活函数。
人工神经网络是对人类神经系统的一种模拟。
尽管人类神经系统规模宏大、结构复杂、功能神奇,但其最基本的处理单元却只有神经元。
人工神经系统的功能实际上是通过大量神经元的广泛互连,以规模宏伟的并行运算来实现的。
人工神经网络模型至少有几十种,其分类方法也有多种。
例如,若按网络拓扑结构，可分为无反馈网络与有反馈网络；若按网络的学习方法，可分为有教师的学习网络和无教师的学习网络；若按网络的性能，可分为连续型网络与离散型网络，或分为确定性网络与随机型网络;若按突触连接的性质,可分为一阶线性关联网络与高阶非线性关联网络。
人工神经网络的局限性：(1) 受到脑科学研究的限制：由于生理实验的困难性，因此目前人类对思维和记忆机制的认识还很肤浅,还有很多问题需要解决；（2) 还没有完整成熟的理论体系；(3）还带有浓厚的策略和经验色彩；（4）与传统技术的接口不成熟。
如果将大量功能简单的形式神经元通过一定的拓扑结构组织起来，构成群体并行分布式处理的计算结构，那么这种结构就是人工神经网络，在不引起混淆的情况下，统称为神经网络。
根据神经元之间连接的拓扑结构上的不同，可将神经网络结构分为两大类：分层网络相互连接型网络分层网络可以细分为三种互连形式： 简单的前向网络； 具有反馈的前向网络； 层内有相互连接的前向网络.神经网络的学习分为三种类型：有导师学习、强化学习无导师学习有导师学习：必须预先知道学习的期望结果-—教师信 息，并依此按照某一学习规则来修 正权值。
了解Hopfield神经网络算法的实现原理
了解Hopfield神经网络算法的实现原理Hopfield神经网络算法是一种基于神经网络的求解最优化问题的算法。
它可以用于解决诸如图像处理、模式识别、最优化问题等应用领域。
Hopfield神经网络算法最初由J. J. Hopfield在1982年提出，其理论基础来源于生物学领域中的神经元行为研究。
Hopfield神经网络算法的实现原理主要包括四个方面：神经元模型、神经网络结构、网络训练方法以及应用场景。
1. 神经元模型在Hopfield神经网络算法中，每个神经元都是一个二值状态（取值为+1或-1）的模型。
这种模型通常称为McCulloch- Pitts模型。
其原理是在神经元内部通过大量的来自其他神经元的输入，进行累加、加权、激活等操作后产生输出。
在Hopfield神经网络中，每个神经元之间的连接按照一定的权重系数进行连接，这些权重系数通常由网络训练时产生。
2. 神经网络结构Hopfield神经网络结构通常是一个全连接的反馈神经网络。
这种结构下的每个神经元都被连接到其他所有神经元，并且这些连接是双向的。
当网络被激活时，输入信号的影响被传递给其他所有神经元，并且这些神经元的状态也会影响到其他神经元的状态。
由于Hopfield神经网络具有全连接的属性，因此在处理较大规模的问题时，网络的计算量非常大，这是其计算效率相对较低的原因之一。
3. 网络训练Hopfield神经网络的训练通常是指对神经元之间的连接权重进行调整，使得网络在接收到输入时能够达到预期的输出。
这种训练方法被称为Hebbian学习规则。
在Hopfield神经网络中，权重矩阵W的元素一般由下式计算：W(i，j) = ∑( xi *xj )其中，xi和xj分别表示神经元i和神经元j的状态，可以取值为+1或-1。
通过反复进行这种权重更新，最终可以得到一个合理的网络权重矩阵W。
4. 应用场景Hopfield神经网络算法被广泛应用于图像处理、模式识别以及最优化问题的求解。
物理学与神经网络
突破：在物理问题的解决上取得重要进展，如量子力学、凝聚态物理等
未来展望：神经网络在物理学领域的广泛应用，推动物理学的发展
神经网络物理实现技术的发展趋势
硬件加速：利用专用硬件加速神经网络计算，提高计算效率和速度
量子计算：利用量子计算技术实现神经网络计算，提高计算速度和处理能力
网络结构：模拟生物神经网络的结构，如全连接网络、卷积神经网络等
突触：神经元之间的连接，模拟生物神经元之间的连接方式
学习规则：模拟生物神经网络的学习过程，如梯度下降法、反向传播算法等
神经网络的物理实现方式
应用领域：包括图像识别、语音识别、自然语言处理等
物理实现：通过硬件设备实现神经网络的计算和运行
网络结构：模拟生物神经网络的结构和连接方式
制造业：质量控制、生产优化、设备维护
交通领域：自动驾驶、交通管理、物流优化
娱乐产业：游戏开发、虚拟现实、增强现实
神经网络对未来科技发展的影响
深度学习：推动人工智能的发展，提高机器识别和预测能力
自然语言处理：提高机器理解和生成自然语言的能力，促进人机交互的发展
计算机视觉：提高机器识别和分类图像的能力，推动无人驾驶、智能监控等领域的发展
神经元连接：通过突触进行连接，形成神经网络
神经网络模型
神经元：神经网络的基本单元，接收输入信号并产生输出信号
连接权重：神经元之间的连接强度，通过调整权重可以改变神经网络的行为
激活函数：将神经元的输出信号转换为新的输入信号，常用的激活函数有Sigmoid、ReLU等
损失函数：衡量神经网络预测结果与真实结果之间的差异，常用的损失函数有MSE、Cross-Entropy等