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[课件资源] 第一章:神经网络概述

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    发表于 2011-8-20 15:52 |只看该作者 |倒序浏览
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    神经网络讲什么内容,讲计算模型,计算原理,工作原理,用途,实现方法。* S  G* R$ J* u
    1什么是神经网络' F1 ^* B) u3 p5 l7 i+ d
    1.        1神经网络与计算机
    / Y, W1 c: q+ `: p1 N8 }; d% ]计算机:4 x* @% ^, B8 G# f, N. C  d1 W7 P
            四代计算机
    : D& ?. F" T+ X- m4 |电子管,晶体管,集成电路,大规模集成电路。智能计算机是第5代,智能计算机不容易。速度提高快,智能不见怎么样。
    ( o+ j3 Q0 i9 e: \1 c5 l/ u2 f; r7 k5 c        计算机特点8 O# A: i! s- Z/ t" s1 {( P( C- `
    二进制,5部分组成模块,存储程序。结构看:核心部件是中央处理器。专门存储部件,输入输出部件。1 R  [1 M5 `4 w
            神经网络发展史
    1 o1 v6 `' f  a充满传奇色彩,讲故事。每次讲课都讲历史,过去那些出色成绩的故事,做出出色成绩的人的故事。( U1 R" Z4 w+ q3 ^7 r4 a" K: e
    (1)        神经网络来自人类对自己的研究,背景性研究起始于19世纪末,20世纪初。生物学家要搞清楚人或生命智能的道理。想办法解释自然现象,物理学。
    - Y) G6 ]- m6 W0 v# y(2)        现代方式的神经网络研究神经网络研究,1940年,两个科学家:Warren McCulloch, Walter Pitts, 给出人工神经网络模型。现在人们使用的就是他们抽象出的神经元模型。
    # E6 ]" H: P5 [& ^. [! l(3)        hebb规则,1949,生物神经元学习机制。神经元传递信息的原则,互相作用的原则。两个神经原同时兴奋,则两者的连接强度增强。' h" [2 N- P4 a" w
    (4)        1958年,rosenblatt真正造了一个神经网络,号称perceptron,感知器。$ K  |$ Z6 L. Z8 n# s* I
    (5)        1960年,Bernard Widrow, Ted Hoff给出自适应线性神经网络,利用了widrow-hoff学习规则,应用于消除回声。真正应用,用于电话消除回声,很简单的元件。3 x0 K( ~. q. s
    (6)        1969年,minsky与**t的书批评了感知器与自适应线性神经网络,打击了神经网络发展。从此神经网络发展陷入低谷。这个时代是计算机发展飞速,同时带有很多神秘感的时代。很多东西未能搞清楚,很有用,很吸引人的时代。大家都来研究计算机的人工智能是很正常的。Minsky的书中举了一个例子,说神经网络不是万能的。
    / R" ^/ i1 U2 M(7)        科学发展需要冷静,1972年,Teuvo Kohonen与James Anderson发明自组织神经网络,Stephen Grossberg观察到自组织神经网络的许多新性质。有很多科学家在逆境中坚持神经网络研究,取得好成绩。我有时感觉在不是很热的环境下更能做出进展来。所以没有必要追求时髦。1 u( c, T: E/ H# o
    (8)        1960-1980计算机飞速发展,神经网络研究发展平静。计算机的研究发展遇到很多困难。1980年以后,神经网络又一次飞速发展,有点戏剧性。
    5 V4 L. r* X% S; y% g" r" ~* z(9)        1982年Hopfield用统计机制解释神经网络,使人们对神经网络的认识前进了一大步。1986年BP学习算法,解决了minsky与**t的问题。David Rumelhart与James McClelland给出。Hopfield神经网络能解TSP问题,实现了一个神经网络解6个点的TSP问题。很神,后来实践证明也不能求精确解。" ]3 }2 X$ d" M% a8 S' U8 ]. [) z4 s
    (10)        1986年以后,大量的神经网络研究文章和研究项目,发现了很多神经网络的新性质和新应用。人工神经网络一定很有前途,现在缺乏真正的应用,用起来不方便。每个国家都投入很多资金研究神经网络。成果很多,神经网络也就真正成长为一门成熟的科学了。( e! l; ^5 }0 B+ e: H
            神经网络特点1 o7 t0 z5 U( {( J
    未必二进制,没有明确的存储器,计算,控制分工模糊,没有控制程序,性能好,用起来不方便。不好控制,不好用。
    1 ]' {* c; q4 g2 _- }& H/ W3 X1.        2神经网络应用
    , T2 u9 [7 F1 m领域:
      C4 p7 o$ r/ r' e) ~空间技术:飞行器控制系统,飞行器元件仿真,飞行器元件错误探测器。举个例子,飞行器在飞行中判断什么是云彩,有没有风,风力多大。将飞行器飞行的环境数据采集以后训练神经网络,由神经网络控制飞行器前进速度,方向。
    , g; P9 L0 f" L1 Q" s& JAutomotive:交通控制自动指示系统,红绿灯控制,摄像头照相看路上的车有多少,横穿马路人有多少,由此决定红灯还是绿灯,说着容易作着难。. G& A% P$ F0 b: z* S
    银行:信贷申请评估器。4 ]- m( C5 ?9 }7 r) M0 ~
    语音:语音识别,语音压缩,声调识别。现在主要的应用。
    - V4 }1 w8 S( y# K' b, y机器人,Defense,Electronics, ebtertainment,Fiancial, Insurance, Manufacturing, Medical, Securities, Transportation。很多领域都用,想用就能用。* o, }. |8 a0 o+ h9 H
    1.        3生物基础  u4 N% |) J* Z( ]
    & @0 v3 h5 @; ~  h
    神经纤维,传递信号,数字信号,二进制数。
    ! u7 c7 o, W1 b/ m神经突触,数模转换。数字信号转换为模拟信号。
    ! l/ ]$ S' l+ A( h1 W; `神经信号,二进制信号。
    % T2 v2 N- u: ~2 h# s2 g$ ?/ @时空整合,将一个时段内的各个模拟信息相加就成了。我开始看焦李成的书,看不懂,看公式,认为相加就是时空整合。; a8 x% v/ F. S* V& d2 ]
    第二章:神经元模型与神经网络结构
    & h0 |: A# I$ B9 A1 u本章介绍人工神经网络的数学模型,从神经元开始。7 r$ L- ?& F2 E/ J' N( W
    1多输入神经元模型,
    * {' L0 r- J5 k6 b* ]2 ] , n6 q4 S% U6 c
    y=f()" w& }+ q' W4 ~; ?5 g
    = =WTX-
    % R' d8 r5 F6 Z, _( {5 fW=(w1,w2,…,wn)T+ x- V. P5 p$ B# s3 V) r( W
    X=(x1,x2,…,xn)T。
    / I8 S* ?$ j" d$ d) }解释:
    5 F9 C, g6 Q$ ?( x" [(1)神经元有两种状态,兴奋/抑制。
    * v2 x5 J, {! H# H# b2 t4 H" P& }(2)wi的含义:神经突触的作用,的含义,阈值。兴奋抑制。$ V3 I- w* U4 t8 K! U
    (3)时空整合,求和。数模转换后相加。什么是时空整合?笼统,不知道什么意思,暂且理解为求和。* `: @4 Q& a  w# }3 l
    作用函数:
    * N* i6 d( T% q1 A$ i, \( Z1 E1 D" H  G(1)        hard limit) v; O( R% u: x/ ?! e
    f()= ,= ( {# X) b7 B+ e( d2 o+ @4 I
    6 G( P8 Y2 ^, j1 {2 w% ~5 i
    (2)        symmetric hard limit3 @9 V0 F9 d, [4 w; S
    f()= ,=
    ' B- s' q4 c7 \' C2 o  n 4 x; X' O' P; E: b+ @) V4 k! ]
    (3)        linear3 T  M4 u/ x$ L' `+ e8 Z, B- i
    f()=,= ,线性" L3 r1 _" X- V

    ' L% j9 t9 Y; Z(4)        saturating linear,
    ) A) d) c; k  _) Gf()= ,= # V  D- }9 ^& f* e2 h5 t
    4 ?6 W& y2 _5 d
    (5)        symmetric saturating linear
    , F8 _, r( D( S+ H6 E2 Cf()= ,=
    ; n8 @+ [4 V' Z. c; T2 d; Y5 X & H' `7 E* g0 ~
    (6)        log-sigmoid8 T4 Z$ O8 ?, S
    f()= ,= + k. _  ^4 t1 B, M% x8 Y9 K
    (7)        hyperbolic tangent sigmoid! i3 h$ E; k7 c7 B
    f()= ,=
    % t# L1 P% U( q7 f4 d, o(8)        positive linear
    $ c$ t$ J$ e* [" k5 {  b% cf()= ,= 1 g) ~9 [; K+ L, }" c- F% G% J4 w
    2神经网络结构3 z$ o2 [' w! J. q( g: [% q1 L. u
    (1)        前馈网络
    ( _) }5 k' v( P) U0 c+ c- v
    % k! Q1 h* z3 M(2)        反馈网络
    ) T  k) M) }$ P% |& z; ^3 _ 2 a8 m& ^9 j- [6 x. a' v/ \
    (3)        Recurrent神经网络
    / H  ^6 R  ^1 J* ~  F- C # h4 m; P, w" y0 W
    (4)        单层前馈神经网络' c" ~8 L$ F& _' t
    问题:
    ' Q& v: R" I" p& a8 K& V( J/ M6 z/ V- R(1)每层有多少个神经元,每个神经元采用什么传递函数,每个连接的权值是多少?1 @& f2 m& L2 ^6 L% [* f% p
    (2)针对问题,确定神经网络,即为学习。
    * z' l0 W2 c. ~(3)用作记忆,具有联想能力的记忆函数,象人一样,识别字母,a, b, c, d, e, f, g, …, x, y, z.6 I6 Q9 G; E( o: {$ Y1 |0 e
    还有其他种类的神经网络,等讲到时再说。: B  I4 z7 h2 i9 P3 S* @
    3神经网络学习规则
    5 N7 k- |8 @, i2 Q1 v, r% {4 ~自己看,以后慢慢理解。
    * _$ c: ]' @/ B4应用实例; o5 s1 l- j' R  A* t5 M0 O- R$ U" q

    / Z9 S) v: T/ K$ D; P# R  V$ g2 e解采用hard-limit函数神经元! }/ o& `+ y  }! k

    & M4 v9 y6 d& E7 x' z# ?0 _
    3 I- t9 \" X" v5 I* ?( R
    zan
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