人工神经网络基础_ANN课程笔记 2、深度神经网络
《人工神经网络》课件
动量法：在梯度下降法的基础上，引入动量项，加速收敛速 度
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RMSProp：在AdaGrad的基础上，引入指数加权移动平 均，提高了算法的稳定性和收敛速度
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随机梯度下降法：在梯度下降法的基础上，每次只使用一个 样本进行更新，提高了训练速度
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AdaGrad：自适应学习率算法，根据历史梯度的平方和来 调整学习率，解决了学习率衰减的问题
情感分析：分析文本中的情感 倾向，如正面评价、负面评价 等
推荐系统
推荐系统是一种基于用户历史行为 和偏好的个性化推荐服务
推荐算法：协同过滤、深度学习、 矩阵分解等
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应用场景：电商、社交媒体、视频 网站等
应用效果：提高用户满意度、增加 用户粘性、提高转化率等
Part Six
类型：Sigmoid、 Tanh、ReLU等
特点：非线性、可 微分
应用：深度学习、 机器学习等领域
权重调整
权重调整的目的：优化神经网络的性能 权重调整的方法：梯度下降法、随机梯度下降法等 权重调整的步骤：计算损失函数、计算梯度、更新权重 权重调整的影响因素：学习率、批次大小、优化器等
Part Four
《人工神经网络》PPT 课件
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汇报人：
目录
01 添 加 目 录 项 标 题 03 神 经 网 络 基 础 知 识 05 神 经 网 络 应 用 案 例 07 未 来 发 展 趋 势 与 挑 战
02 人 工 神 经 网 络 概 述 04 人 工 神 经 网 络 算 法 06 神 经 网 络 优 化 与 改 进
深度学习算法
卷积神经网络（CNN）：用于图像处理和识别 循环神经网络（RNN）：用于处理序列数据，如语音识别和自然语言处理 长短期记忆网络（LSTM）：改进的RNN，用于处理长序列数据 生成对抗网络（GAN）：用于生成新数据，如图像生成和文本生成
深度学习名词解释题
深度学习名词解释题引言深度研究是一种基于人工神经网络的机器研究方法，近年来在人工智能领域取得了重大突破。
在深度研究中，有许多重要的名词和概念需要了解和掌握。
本文将解释并介绍一些关键的深度研究名词，帮助读者更好地理解和应用深度研究技术。
名词解释1. 人工神经网络（Artificial Neural Network，ANN）人工神经网络是一种模拟人脑神经元之间连接的计算模型。
它由多个神经元层组成，每个神经元层包含多个节点，每个节点表示一个神经元。
节点之间以权重相连，通过输入数据的传递和计算，最终得到输出结果。
人工神经网络是深度研究的核心结构，可以通过训练和优化，实现从输入到输出的自动化任务。
2. 前馈神经网络（Feedforward Neural Network）前馈神经网络是一种最基础的神经网络结构，信息只能从输入层经过各隐藏层传递到输出层，信息流只有一方向，没有反馈连接。
前馈神经网络广泛用于分类、回归、模式识别等任务。
它的特点是结构简单、计算高效，但对于一些复杂的问题可能存在局限性。
3. 卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）卷积神经网络是一种特殊的前馈神经网络，其中的神经元层之间采用了卷积操作。
CNN主要应用于图像处理和计算机视觉任务，通过卷积层、池化层和全连接层的组合，能够有效地提取图像的特征，并进行分类、识别等任务。
相比于其他神经网络结构，CNN在处理图像数据上具有更好的表现和效果。
4. 递归神经网络（Recurrent Neural Network，RNN）递归神经网络是一种具有反馈连接的神经网络结构，主要用于处理序列数据，如语音识别、自然语言处理等任务。
与前馈神经网络不同，RNN的隐藏层之间存在循环连接，使得信息能够在网络中传递和记忆。
这种循环结构使得RNN在处理时序数据时具有优势，并广泛应用于语音、文本等领域。
5. 生成对抗网络（Generative Adversarial Network，GAN）生成对抗网络由一个生成器和一个判别器组成，通过交互训练来产生逼真的数据样本。
人工神经网络学习总结笔记
人工神经网络学习总结笔记主要侧重点：1.概念清晰2.进行必要的查询时能从书本上找到答案第一章：绪论1.1人工神经网络的概述“认识脑”和“仿脑”：人工智能科学家在了解人脑的工作机理和思维的本质的基础上，探索具有人类智慧的人工智能系统，以模拟延伸和扩展脑功能。
我认为这是人工神经网络研究的前身。
形象思维：不易被模拟人脑思维抽象推理逻辑思维：过程：信息概念最终结果特点：按串行模式人脑与计算机信息处理能力的不同点：方面类型人脑计算机记忆与联想能力可存储大量信息，对信息有筛选、回忆、巩固的联想记忆能力无回忆与联想能力，只可存取信息学习与认知能力具备该能力无该能力信息加工能力具有信息加工能力可认识事物的本质与规律仅限于二值逻辑，有形式逻辑能力，缺乏辩证逻辑能力信息综合能力可以对知识进行归纳类比和概括，是一种对信息进行逻辑加工和非逻辑加工相结合的过程缺乏该能力信息处理速度数值处理等只需串行算法就能解决的应用问题方便，计算机比人脑快，但计算机在处理文字图像、声音等类信息的能力远不如人脑1.1.2人脑与计算机信息处理机制的比较人脑与计算机处理能力的差异最根本的原因就是信息处理机制的不同，主要有四个方面方面类型人脑计算机系统结构有数百亿神经元组成的神经网络由二值逻辑门电路构成的按串行方式工作的逻辑机器信号形式模拟量（特点：具有模糊性。
离散的二进制数和二值逻辑容易被机器模拟的思维方式难以被机器模拟）和脉冲两种形式形式信息储存人脑中的信息分布存储于整个系统，所存储的信息是联想式的有限集中的串行处理机制信息处理机制高度并行的非线性信息处理系统（体现在结构上、信息存储上、信息处理的运行过程中）1.1.3人工神经网络的概念：在对人脑神经网络的基本认识的基础上，用数理方法从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，称之为人工神经网络，是对人脑的简化、抽象以及模拟，是一种旨在模仿人脑结构及其功能的信息处理系统。
其他定义：由非常多个非常简单的处理单元彼此按某种方式相互连接而形成的计算系统，外部输入信息之后，系统产生动态响应从而处理信息。
《人工神经网络》课件
拟牛顿法
改进牛顿法的不足，使用正定矩阵近 似Hessian矩阵，提高优化效率。
共轭梯度法
结合梯度下降法和共轭方向的思想， 在每一步迭代中选择合适的共轭方向 进行搜索。
遗传算法
模拟生物进化过程的优化算法，通过 选择、交叉、变异等操作寻找最优解 。
正则化技术
L1正则化
对权重参数的绝对值进行惩罚总结词
自然语言处理是利用人工神经网络对自然语言文本进行分析和处理的技术。
详细描述
自然语言处理是实现人机文本交互的关键技术之一，通过训练神经网络对大量文本数据进 行学习，可以实现对文本的自动分类、情感分析、机器翻译等功能。
具体应用
在社交媒体领域，自然语言处理技术可以用于情感分析和舆情监控；在新闻媒体领域，可 以用于新闻分类和摘要生成；在机器翻译领域，可以用于实现多语言之间的自动翻译。
06
人工神经网络的未 来展望
新型神经网络模型的研究
持续探索新型神经网络模型
随着技术的不断发展，新型神经网络模型的研究将不断涌现，以解决传统模型无法处理 的复杂问题。这些新型模型可能包括更复杂的拓扑结构、更高效的参数优化方法等。
结合领域知识进行模型设计
未来的神经网络模型将更加注重与领域知识的结合，以提高模型的针对性和实用性。例 如，在医疗领域，结合医学影像和病理学知识的神经网络模型能够更准确地辅助医生进
THANKS
感谢您的观看
文字、人脸等目标的技术。
02 03
详细描述
图像识别是人工神经网络应用的重要领域之一，通过训练神经网络对大 量图像数据进行学习，可以实现对图像的自动分类、目标检测、人脸识 别等功能。
具体应用
在安防领域，图像识别技术可以用于人脸识别和视频监控；在医疗领域 ，可以用于医学影像分析；在电商领域，可以用于商品图片的自动分类 和检索。
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。
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。
关于人工神经网络进行机器学习的基础性发现和发明如何促进机器人发展的
引言人工神经网络（Artificial Neural Networks，ANN）是模仿人脑神经元结构和功能的一种计算模型，它在机器学习领域中扮演着至关重要的角色。
通过模拟生物神经网络的工作方式，人工神经网络能够处理复杂的模式识别、分类、预测等问题。
本文将探讨人工神经网络在机器学习中的基础性发现和发明，以及这些技术如何推动了机器人技术的发展。
人工神经网络的基础性发现和发明1.反向传播算法的发明反向传播算法（Backpropagation，BP）是人工神经网络研究中的一个里程碑。
该算法由David Rumelhart、Geoffrey Hinton和Ronald Williams于1986年提出，它使得人工神经网络能够从训练样本中学习统计规律，并对未知事件进行预测。
BP算法的出现极大地推动了神经网络的研究，并使其在模式识别、联想记忆等领域得到了广泛应用。
2.深度学习的兴起深度学习是基于人工神经网络的一种技术，它通过多层神经元的堆叠来提取数据的深层特征。
深度学习模型如卷积神经网络（CNN）、递归神经网络（RNN）等在图像识别、自然语言处理等领域取得了显著的成功。
谷歌大脑项目就是一个典型的例子，该项目构建了一个具有约一亿个连接的深度神经网络，成功地从随机YouTube视频中识别出面部和猫的概念。
3.神经网络的多样性发展随着研究的深入，各种类型的神经网络不断涌现。
例如，自适应神经网络、模糊神经网络等新型神经网络模型被开发出来，用于解决智能控制、组合优化、预测等问题。
这些模型不仅提高了神经网络的性能，还拓宽了其应用范围。
人工神经网络对机器人技术的影响1.提高机器人的感知能力人工神经网络通过模拟生物神经元的工作方式，使机器人能够更好地感知环境。
例如，在机器人学习探索行为的过程中，神经网络可以根据传感器输出调整特征向量，并计算奖励以指导机器人的行动。
这种感知能力的提升使得机器人能够更有效地识别物体并采取相应的行动。
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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。
在依次对所有层进行这种贪婪(greedy)算法训练之后，再对网络进行一次整体调优(fine-tune)，其中第一步称之为预训练(pre-training)。
这是整个深度学习理论中的训练算法思想。
在这种训练方式下，即先经过贪婪训练，再整体调优，高维度参数空间中的局部极小点对于最终的训练结果造成的影响可以忽略。
将深度学习的训练思想与误差反向传播算法相对比，将算法第一步的贪婪算法看作是对网络参数的初始化，第二步的整体调优实际中一般用的就是误差反向传播算法，因此深度学习训练算法第一步可以看作是对BP 神经网络进行一个参数空间上比较“合理”的即比较容易达到最优解的初始化，而这种初始化的方式要比误差反向传播算法的初始化方法(随机初始化)要“高明”的多，因为其更有理
论依据，更有说服力。
4、深度学习区别于传统的机器学习的几个方面：
➢强调了ANN模型结构的深度，与通常的浅层学习相比，深度学习使用更多隐含层，能够学习到从输入到输出更加复杂的非线性关系；
➢突出特征学习的重要性。
通过逐层特征变换，将数据在原始空间的特征表示变换到一个新特征空间，学习输入数据的有效特征表示，使分类或预测变得容易而且精确度得到提高；
➢深度学习来源于人工神经网络的发展，但是训练的方式与传统的人工神经网络不同，采用逐层训练的方法，然后再对网络参数进行微调；
➢深度学习模型需要大量数据来学习特征，而浅层学习不需要，使用浅层模型手工设计的特征数据量相对较少。