一文详解神经网络基础ANN
ann和rnn原理
ann和rnn原理一、引言神经网络是人工智能领域中的一种重要工具，用于解决各种机器学习问题。
在神经网络中，循环神经网络（RNN）是一种重要的模型，而长短时记忆网络（LSTM）和门控循环单元（GRU）是RNN的两种重要变体。
本文将详细介绍Ann和RNN的原理，包括其基本概念、结构、训练方法和应用场景。
二、Ann原理Ann，即自注意力机制网络（Auto-Attention Network），是一种基于注意力机制的深度学习模型。
它通过在神经网络中引入注意力机制，使得模型能够更加关注输入序列中的重要部分，从而提高模型的表达能力和泛化能力。
1. 注意力机制注意力机制是一种通过为输入序列计算重要性得分，并以此为依据对输入序列进行加权的机制。
在Ann中，注意力机制通过自注意力机制（Self-Attention Mechanism）来实现，该机制能够将输入序列中的各个位置视为平等的注意目标，并计算它们之间的关联程度，从而实现对输入序列的加权组合。
2. Ann结构Ann主要由两个部分组成：编码器（Encoder）和自注意力层（Auto-Attention Layer）。
编码器负责将输入序列转换为表示序列，而自注意力层则通过计算输入序列中各个位置之间的关联程度，对输入序列进行加权组合，生成输出序列。
三、RNN原理循环神经网络（RNN）是一种具有反馈性的神经网络，能够处理具有时间依赖性的数据。
RNN包含一个或多个神经元，能够将当前输入和之前的状态结合起来进行计算，从而实现对输入数据的记忆和预测。
1. RNN结构RNN主要由输入层、隐藏层和输出层组成。
输入层负责接收输入数据，隐藏层通过一系列复杂的计算将输入数据与之前的状态结合起来，输出层则将隐藏层的结果作为输出。
RNN的这种结构使得它能够捕捉到时间序列数据中的长期依赖关系，因此在语音识别、自然语言处理、时间序列预测等任务中得到了广泛应用。
2. RNN训练方法RNN的训练方法主要包括反向传播算法和优化器。
人工神经网络基础_ANN课程笔记 2、深度神经网络
第二章深度神经网络一、概述1、基本概念深度学习（Deep Learning）是一种没有人为参与的特征选取方法，又被称为是无监督的特征学习（Unsupervised Feature Learning）。
深度学习思想的神经网络利用隐含层从低到高依次学习数据的从底层到高层、从简单到复杂、从具体到抽象的特征，而这一特性决定了深度学习模型可以学习到目标的自适应特征，具有很强的鲁棒性。
深度学习的另外一个思想是贪婪算法(greedy algorithm)的思想，其在训练的时候打破了几十年传统神经网络训练方法的“桎梏”，采用逐层训练(greedy layer-wise)的贪婪思想，并经过最后的微调(fine-tuning)，这一训练算法的成功也使得深度学习获得了巨大成功。
传统的模式识别方法：机器学习过程从最初的传感器得到原始的数据，到经过预处理，都是为了第三步和第四步的特征提取和特征选择，而这个耗时耗力的工作一般要靠人工完成。
这种靠人工的，需要大量的专业知识的启发式的特征提取方法注定要限制机器学习的发展，而深度学习的非监督学习阶段的“盲学习”的特性能够解决该问题，即：深度学习在特征提取和选择时是完全自主的，不需要任何的人工干预。
2、神经网络发展受限之处多隐含层的网络容易收敛到参数空间的局部最优解，即偏导数为0 的点，尤其在目标识别中，由于图像的信噪比很低，神经网络很容易陷入局部极小点； 训练算法与网络的初始参数有很大关系，比较容易过拟合；训练速度慢；在误差反向传播的训练算法中，层数越深，误差越小，甚至接近于0，造成训练失败。
误差反向传播算法必须要用到带标签的数据（有导师学习、监督学习），获取带标签的数据十分困难。
3、深度学习的学习算法深度学习的基本模型从形式上来看和神经网络一致，基本的结构单元都是神经元，由神经元组成网络层，整个网络由输入层，隐含层和输出层组成。
在深度学习理论中，一个网络的学习算法每运行一次，只调整一层网络的参数。
《ANN神经网络》课件
神经网络的训练过程和算法
1 BP算法
2 Adam算法
通过反向传播算法，根据输出误差和梯度下 降法更新网络参数，目标是最小化误差函数。
结合了Ad ag r ad 和RM Sp ro p 优点的一种有效 的优化算法，自适应的调节学习率，以加快 训练速度。
神经网络的激活函数和正则化方法
激活函数
每个神经元的输出需要通过激活函数进行非线性映 射，目前比较流行的有sig mo id 、t an h 和ReLU等。
神经元和生物神经元的异同
1 神经元
是神经网络的基本单位，是一种用于计算的抽象模型，只有输入和输出，以及需要学习 的权重和偏置。
2 生物神经元
是神经系统的基本单位，由轴突、树突、细胞体和突触等结构组成，与其他神经元具有 复杂的生物学表现和相互作用。
神经网络的优势和局限性
优势
具有自主学习、自适应、非线性和可并行处理等优 势，能够处理高维度数据和复杂的非线性问题。
参考文献和拓展阅读建议
参考文献: 1. Bishop, C. M . (1995). Neural Networks for Pattern Recognition. Oxford University Press. 2. Goodfellow, I., Bengio, Y., & Courville, A. (2016). Deep Learning. M IT Press. 3. LeCun, Y., Bengio, Y., & Hinton, G. (2015). Deep Learning. Nature, 521, 436-444. 拓展阅读建议: 1. 《深度学习》白板推导与Python实战 2. 《Python深度学习》实践指南 3. 《自然语言处理综论》 4. 《计算机视觉综论》
10 人工神经网络(ANN)方法简介(完整)
神经元的结构
树突从细胞体伸向其它神经元，神经元之间接受信号的联结点 为突触。通过突触输入的信号起着兴奋/抑制作用。当细胞体接 受的累加兴奋作用超过某阈值时，细胞进入兴奋状态，产生冲 动，并由轴突输出。
x1
w1
x2 xn
w2 wn
wi xi
感知器的激活函数
神经元获得网络输入信号后，信号累计效果整合函数u(X)大于 某阈值 时，神经元处于激发状态；反之，神经元处于抑制状 态。 构造激活函数，用于表示这一转换过程。要求是[-1, 1]之间 的单调递增函数。 激活函数通常为3种类型，由此决定了神经元的输出特征。
第三阶段
突破性进展：1982年，CalTech的物理学家J. Hopfield提出Hopfield神经网络 系统(HNNS)模型，提出能量函数的概念，用非线性动力学方法来研究 ANN， 开拓了ANN用于联想记忆和优化计算的新途径； 1988年，McClelland和Rumelhart利用多层反馈学习算法解决了“异或 （XOR）”问题。
§10.2 感知器（Perceptron） ——人工神经网络的基本构件
1、 感知器的数学模型——MP模型
感知器（Perceptron）：最早被设计并实现的人工神经网络。 W. McCulloch和W. Pitts总结生物神经元的基本生理特征，提出 一种简单的数学模型与构造方法，建立了阈值加权和模型，简 称M-P模型(“A Logical Calculus Immanent in Nervous Activity”, Bulletin of Mathematical Biophysics, 1943(5): 115~133）。 人工神经元模型是M-P模型的基础。
人工神经网络基础_ANN课程笔记 4、随机型神经网络
第四章随机型神经网络1、随机型神经网络的基本思想对于BP神经网络和Hopfield神经网络的网络误差容易陷入局部极小值，而达不到全局最小点，主要原因为：结构上：存在着输入与输出之间的非线性函数关系，从而使网络误差或能量函数所构成的空间是一个含有多极点的非线性空间；算法上：网络的误差或能量函数只能按单方向减小而不能有丝毫的上升趋势。
对于第一点，是为保证网络具有非线性映射能力而必不可少的。
解决网络收敛问题的途径就只能从第二点入手，即不但让网络的误差或能量函数向减小的方向变化，而且，还可按某种方式向增大的方向变化，目的是使网络有可能跳出局部极小值而向全局最小点收敛。
这就是随机型神经网络算法的基本思想。
2、模拟退火算法在模拟退火算法中，有两点是算法的关键：①控制参数T；②能量由低向高变化的可能性。
这两点必须结合起来考虑，当T大时，可能性也大，T小时，可能性也小，把“可能性”当作参数T的函数。
“可能性”用数学模型来表示就是概率。
由此可以得到模拟退火算法如下：上式表明：在模拟退火算法中，某神经元的输出不象Hopfield 算法中那样，是由以内部状态Hi 为输入的非线性函数的输出(阶跃函数)所决定的，而是由Hi 为变量的概率(1)Hi P 或(0)Hi P 所决定的。
不同的Hi 对应不同的概率(1)Hi P 或(0)Hi P 来决定输出为兴奋或者抑制。
反复进行网络的状态更新，且更新次数N 足够大以后，网络某状态出现的概率将服从分布：式中，Ei 为状态{ui}所对应的网络能量。
这一概率分布就是Boltzmann分布。
式中的Z是为使分布归一化而设置的常数(网络所有状态的能量之和为常数)。
由这分布可以看出：状态的能量越小，这一状态出现的概率就越大。
这是Boltzmann分布的一大特点，即“最小能量状态以最大的概率出现”。
3、Boltzmann机20世纪80年代，Hinton、Ackley和Sejnowski等以模拟退火思想为基础，对Hopfield网络模型引入了随机机制，提出了一种统计神经网络模型-Boltzman 机。
人工神经网络基础_ANN课程笔记 1、前向神经网络
第一章前向神经网络一、感知器1、感知器网络结构设网络输入模式向量为：对应的输出为：连接权向量为：2、感知器的学习➢初始化连接权向量及输出单元的阈值赋予(-1，+1)区间内的随机值，一般为较小的随机非零值。
➢连接权的修正每个输入模式作如下计算：（a）计算网络输出：（b）计算输出层单元希望输出与实际输出y之间的误差：（c）修正各单元与输出层之间的连接权与阈值：➢对m个输入模式重复步骤，直到误差k d(k＝1，2，…，m)趋于零或小于预先给定的误差限ε。
3、感知器的图形解释➢整个学习和记忆过程，就是根据实际输出与希望输出之间的误差调整参数w 和θ，即调整截割平面的空间位置使之不断移动，直到它能将两类模式恰当划分的过程。
➢学习过程可看作是由式决定的n维超平面不断向正确划分输入模式的位置移动的过程。
4、感知器的局限性➢两层感知器只能解决线性可分问题➢增强分类能力的唯一出路是采用多层网络，即在输入及输出层之间加上隐层构成多层前馈网络。
➢Kolmogorov理论经过严格的数学证明：双隐层感知器足以解决任何复杂的分类问题。
➢简单的感知器学习过程已不能用于多层感知器，必须改进学习过程。
二、BP 神经网络 1、反向传播神经网络1) 误差逆传播神经网络是一种具有三层或三层以上的阶层型神经网络： ➢ 上、下层之间各神经元实现全连接，即下层的每一个单元与上层的每个单元都实现权连接；➢ 而每层各神经元之间无连接； ➢ 网络按有监督的方式进行学习。
2)➢ 当一对学习模式提供给网络后，神经元的激活值，从输入层经各中间层向输出层传播，在输出层的各神经元获得网络的输入响应。
➢ 在这之后，按减小希望输出与实际输出误差的方向，从输出层经各中间层逐层修正各连接权，最后回到输入层，故得名“误差逆传播算法”。
➢ 随着这种误差逆传播修正的不断进行，网络对输入模式响应的正确率也不断上升。
2、梯度下降法1）梯度法是一种对某个准则函数的迭代寻优算法。
第一章ANN基本介绍
结构特征： 并行式处理
能力特征： 自学习
分布式存储
容错性
自组织
自适应性
18
神经网络的基本功能
联 想 记 忆 功 能
19
神经网络的基本功能
输入样本
神经网络
自动提取 非线性映射规则
输出样本
非线性映射功能
20
神经网络的基本功能
4
人脑与计算机信息处理机制的比较
系统结构
信号形式
信息存储 信息处理机制
5
人工神经网络概述
生物神经网络 – 人类的大脑大约有1.41011个神经细胞，亦称 为神经元。每个神经元有数以千计的通道同其 它神经元广泛相互连接，形成复杂的生物神经 网络。 人工神经网络 – 以数学和物理方法以及信息处理的角度对人脑 神经网络进行抽象，并建立某种简化模型，就 称为人工神经网络（Artificial Neural Network，缩写 ANN）。
15
神经网络建模特点：
非线性映照能力：神经网络能以任意精度逼近任 何非线性连续函数。在建模过程中的许多问题正 是具有高度的非线性。 并行分布处理方式：在神经网络中信息是分布储 存和并行处理的，这使它具有很强的容错性和很 快的处理速度。 自学习和自适应能力：神经网络在训练时，能从 输入、输出的数据中提取出规律性的知识，记忆 于网络的权值中，并具有泛化能力，即将这组权 值应用于一般情形的能力。神经网络的学习也可 以在线进行。
人们乐观地认为几乎已经找到了智能的关键。 许多部门都开始大批地投入此项研究，希望尽快占 11 领制高点。
ann算法 分类 -回复
ann算法分类-回复Ann算法是一种常见的分类算法，也可以用于回归和异常检测。
在本文中，我们将详细介绍Ann算法的原理、步骤和应用，并通过案例分析来说明其实际应用的效果。
一、Ann算法的原理Ann算法，全称为人工神经网络（Artificial Neural Network），其灵感来源于人脑的神经网络。
Ann算法模拟了神经网络的工作原理，通过大量的神经元和连接来处理输入数据，并在其中学习和建模，从而实现分类、回归和异常检测等任务。
Ann算法由三个基本组成部分组成：输入层、隐藏层和输出层。
输入层接收原始数据作为输入，隐藏层是用于处理输入数据的核心部分，输出层则给出最终结果。
每个神经元都与上一层和下一层的神经元连接，并通过调整连接权重来学习和优化模型。
Ann算法主要通过以下步骤实现分类：1. 数据准备：收集和整理用于训练和测试的数据集，并对其进行预处理，包括数据清洗、特征选择和特征缩放等。
2. 模型构建：根据数据集的特点和任务要求，选择适当的网络结构和激活函数，并初始化连接权重和偏置。
通常使用反向传播算法来调整权重和偏置。
3. 模型训练：将数据集输入到神经网络中，通过前向传播计算输出结果，并使用反向传播调整权重和偏置，以减小预测误差。
训练过程可以进行多个周期，直到达到一定的准确度。
4. 模型评估：使用独立的测试数据集评估模型的性能，可以通过计算准确率、精确率、召回率等指标来衡量分类模型的性能。
二、Ann算法的步骤Ann算法的一般步骤如下：1. 数据预处理：包括数据清洗、特征选择和特征缩放等操作，以准备好用于训练和测试的数据集。
2. 构建Ann模型：确定网络结构和激活函数，并初始化连接权重和偏置。
3. 训练Ann模型：使用训练数据集进行多轮训练，通过前向传播计算输出结果，再通过反向传播调整权重和偏置，从而优化模型。
4. 评估Ann模型：使用独立的测试数据集评估模型的性能，计算准确率、精确率、召回率等指标。
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一文详解神经网络基础ANN
读书期间对于深度学习也有涉及，不过只是皮毛，在这个数据和算法的时代，也需要更加贴近算法。
于是从一名工程师角度出发，希望通过几篇文章，将深度学习基础记录下来，同时也是对于自己学习的总结和积累。
神经网络概述
这是一张典型的人工神经网络的图，图中的节点称为神经元，图共分为三层，第一层为输入层，第二层为隐藏层，第三层为输出层。
输入层接受外部世界的输入，具像化为图像的像素值，实体的特征值等，输出层概率预测结果，具像化为该图像是人像，该实体为潜在商家。
神经元一个神经元将多个输入及其权值统一为下层节点的一个输入。
例如：
而神经元一般都使用sigmoid函数，至于为什么使用sigmoid函数，也是个很有探讨意义的问题，具体可以看这篇文章了解sigmoid的特性。
其中，w表示权重向量，x表示输入向量，b为该节点的阈值。
那么下面问题就是如何选择合适的权重和阈值，构建出来合适的网络。
构建合适的网络
网络结构往往决定了算法复杂度和模型可调度，输出层主要由向量决定，输出层主要由预测类型决定，主要问题就在中间层数和节点数的选择上，节点数和层数越多意味着模型可调节性越强，预测结果的粒度越细，但同时也意味着计算复杂度越高。
经验中间层一般选1-2层，节点数作为可调参数。
选择合适权重和阈值
首先，定义损失函数，损失函数的意义在于对于训练集评价预测结果和真实结果之间的差异。