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 群组: 2013年数学建模国赛备 群组: 中南民族大学 群组: 学术交流A 群组: 数学建摸协会 群组: 第三届数模基础实训 |
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。$ Q# L8 Z9 y% f& C9 n
1什么是神经网络# j: v) T: F% x
1. 1神经网络与计算机
1 B0 Y5 ]: N0 G N/ M9 M% h0 l计算机:0 O, [0 f* o g- |: ~# f s5 B
四代计算机
% F2 L/ J" |7 W/ Z0 ?/ L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。& e l+ Y: t6 C5 y
计算机特点
% }) {* Y8 V3 ]' ]4 O+ o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。9 `: Z# e$ o" }0 c3 f1 ^ b$ M
神经网络发展史5 v5 L. z5 p/ ~! X
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。- |3 M- r6 ?( C% K. x; L. T
(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。
; _! Z! ~* b& e3 p# O: ~(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。6 N7 d3 b" S( b6 L: y0 y S
(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。* O+ ~" x( o' w) }' H+ Y$ B
(4) 1958年,rosenblatt真正造了一个神经网络,号称perceptron,感知器。* Q7 I% V9 m& ^) E/ C: @' m
(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。
- g( J" t% z- {(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。
" O; [: y ~0 s8 Y/ Q(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 P1 W. d' W% ~
(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。; Y7 P3 y8 ^. K H1 Y4 a1 l6 ^
(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。- P/ Q4 g( Q! Y Y
(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。$ [, T$ V1 N' H% Y4 ^# k# I
神经网络特点) ~ I! w4 p' h; _" Q% H! i
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。
5 \8 c0 u1 f, g+ Q1 Y; t1. 2神经网络应用
" S5 M+ o/ a' W( L# ? k* r领域:
$ j. L8 E/ T1 k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。, V6 a) x" L1 U r6 a4 y, j4 o& W
Automotive: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。. i" f2 J* J$ C5 D) p1 y
银行:信贷申请评估器。- w" R/ \/ g8 | F6 e! H2 }9 V( Z
语音:语音识别,语音压缩,声调识别。现在主要的应用。
" \4 m4 ]/ l) F! X8 F% @机器人,Defense,Electronics, ebtertainment,Fiancial, Insurance, Manufacturing, Medical, Securities, Transportation。很多领域都用,想用就能用。( o3 R0 G6 u, o4 u, V
1. 3生物基础
- P% ^0 x" c8 C6 {) ? 2 ~$ F c* ~( a- l# C V/ D
神经纤维,传递信号,数字信号,二进制数。6 c! C5 @1 ^0 S& U' o+ q
神经突触,数模转换。数字信号转换为模拟信号。
4 \- O! M4 h8 s. V神经信号,二进制信号。2 [3 _* J- \$ n; O0 ^
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。: A* G7 G+ B) E% Q: }
第二章:神经元模型与神经网络结构" Q% G8 j3 W* C8 k
本章介绍人工神经网络的数学模型,从神经元开始。+ K( a' w7 D/ f$ B2 g+ s
1多输入神经元模型,
4 D! _8 e- h }
2 l% \! O/ \, C" py=f()- @3 [* c# R* p, `
= =WTX-
' w0 L- `8 I/ P `W=(w1,w2,…,wn)T& ~; U- y, ~9 D$ M* G
X=(x1,x2,…,xn)T。# ]! F5 q0 A7 z7 F7 j5 y u
解释:
: a* W# [6 g6 ^: ?$ O$ z. o3 F+ ](1)神经元有两种状态,兴奋/抑制。
, t( @" v1 i4 a4 _4 ?. o(2)wi的含义:神经突触的作用,的含义,阈值。兴奋抑制。
2 h- [. ^ T& g% \+ M(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。
' J- l- u; z! R, y- L) [作用函数:# n0 D4 ]0 G# {& a+ g
(1) hard limit
. t9 c- U' h9 y6 ]f()= ,=
4 n% ^$ T+ a7 Z9 l' a% ? 4 I. y/ d" C) q7 F: a" @
(2) symmetric hard limit; G6 R% l1 |2 V6 u3 i
f()= ,= 6 B/ p9 W; y% Q. x% O r% s
p. \! |) u9 G! I) C- y( P(3) linear# s9 q6 n9 t8 d0 d
f()=,= ,线性# [. N: w6 k& D1 k$ Q
% r! N# X F* L$ H. X1 Q) B(4) saturating linear,& D4 k1 f- L7 R% ~' B
f()= ,= ' {+ F4 I }! N5 Z
. ?. s$ t: K) W
(5) symmetric saturating linear
+ d2 x$ \; v3 T3 sf()= ,=
. R0 a- m4 x: K% T8 L
- z7 s6 N2 ~. X5 s6 _% \(6) log-sigmoid
, w4 C e x/ G2 p; `& m/ @$ o1 H' cf()= ,= & a3 h e; o) o( U8 L, t
(7) hyperbolic tangent sigmoid% j7 c3 I. O9 H, H+ {; i, t9 ~
f()= ,= S/ y4 }- w+ V; l5 r! J
(8) positive linear s0 D% M; c! a0 `9 ]* j
f()= ,=
, J7 l! i6 c* `0 M2神经网络结构
* w4 x* T0 z1 N; C3 ]* k3 a(1) 前馈网络; u1 j, h- t! B$ u. x- ]# ] D
% G7 f4 L3 t6 T) }
(2) 反馈网络
# ?9 _9 w9 M0 A C2 ]% P
K M$ o: a# ]1 q7 `0 a [(3) Recurrent神经网络& u! p4 A. K7 T! r
, m1 ^0 n9 D5 ^1 j; ]
(4) 单层前馈神经网络
+ x8 s. [8 c3 _; R& |" r问题:% r7 e* H1 L$ 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?" p* d, H6 b/ d6 M# d& f+ Y6 F
(2)针对问题,确定神经网络,即为学习。
4 S, E& A7 ?( Z# p, s7 @0 V- S(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./ w& e! e, H( s5 b
还有其他种类的神经网络,等讲到时再说。
- Y% ~( i1 ~+ a3神经网络学习规则
* o2 c# p- y* H$ W$ L" l) b自己看,以后慢慢理解。
7 b3 _ {# ~9 M6 m/ R& ^9 ]4应用实例
/ u$ t! g! J9 J* j/ b+ `
! `! E! a0 d+ @: S; u解采用hard-limit函数神经元1 _3 E% v/ T, n2 N3 u4 A Q6 D
. A- J! M/ T( s/ i5 k
# J5 P e1 x4 m7 Z |
zan
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