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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。1 m% }0 L- s/ T: a9 O+ R5 U+ `
    1什么是神经网络
    - G+ x, w/ A+ L/ m% }+ Z) f) L0 s* G1.        1神经网络与计算机% w9 {0 e. w) g% {3 I3 Z& w  H
    计算机:
    3 q' b  t9 t; J+ J8 A& }" k" ~        四代计算机
    ; A0 ~8 r/ O5 }- m- f3 t- T& a' D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。
    9 d$ O2 m: ?: X        计算机特点4 B7 n" A' J( h8 o$ K. g# g+ n3 n
    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 p# z7 ~2 H! l$ ~- q" a& T# e# e        神经网络发展史; ^: ?8 J6 X0 ~8 i: X4 `* z
    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。& E. z& @& z8 }
    (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。
    $ q' ~5 c6 Y1 Y1 u7 V$ Z: G7 V6 q(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。
    $ h. r; ~* j( w3 F7 V(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。2 z, u, I6 A/ d2 ]: `) B* L
    (4)        1958年,rosenblatt真正造了一个神经网络,号称perceptron,感知器。, y) R7 D# y8 l5 x. 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。& H9 d: Y3 b5 n% P/ j% p" [
    (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。0 G9 r$ B' T' A; m& @# b2 S
    (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。# M$ m( q+ {, U* {
    (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。
    $ G& h2 k/ v* j* C5 T1 e: R. s(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。: c% e$ V* n2 W" ^+ L2 r* c! C# X5 h
    (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。
    & B- M1 c" o1 z        神经网络特点
    , \/ v4 i9 h0 x$ N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。
    * H2 v+ g) U  T2 o" o( w1.        2神经网络应用
    - h4 h! N& _5 ^% R领域:4 O& d+ ^1 [3 L9 v2 r! X/ R+ `+ q3 w
    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。
    % Y9 q1 B) _* S/ K2 e' y* K9 IAutomotive: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。
    9 P1 G6 f, O0 c# y9 C( ]% M银行:信贷申请评估器。; a3 F, _! R$ G- o
    语音:语音识别,语音压缩,声调识别。现在主要的应用。
    ( C4 O$ K% U) O" W* d  F$ ~6 c1 u机器人,Defense,Electronics, ebtertainment,Fiancial, Insurance, Manufacturing, Medical, Securities, Transportation。很多领域都用,想用就能用。
    # X( P" Q: Q0 @/ ^* G) |1.        3生物基础# j8 [1 t7 Q+ C/ `" P, F

    $ ~1 Z+ I8 Q; o/ G神经纤维,传递信号,数字信号,二进制数。
    , ^% H4 ^8 a) _  K神经突触,数模转换。数字信号转换为模拟信号。
    ( m; X! I: p' p% H  U- m- T神经信号,二进制信号。% j1 A( _5 }/ F, I) b- P
    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。
    & ]8 _# ~. ?7 t/ z' L% _% u+ C  {5 Z第二章:神经元模型与神经网络结构
    , w6 `7 g  K1 W! _6 f本章介绍人工神经网络的数学模型,从神经元开始。
    8 E' Z# @& J/ H) J1多输入神经元模型,
    1 L* Y+ B& S- B, H; Y) ~) u3 F
    1 V, ?- c, t$ yy=f()
    ; p5 `# w; `* O5 g5 ]3 [2 y* N5 B+ D. ]= =WTX-
    ; j7 k: p% d: q' ]$ uW=(w1,w2,…,wn)T, m, q/ O% c( E. y  \# t- i
    X=(x1,x2,…,xn)T。
    4 Y( e  F- K4 h2 w+ L/ ?解释:% u4 A6 \1 s% e! z
    (1)神经元有两种状态,兴奋/抑制。
      u+ I5 F/ [/ D0 m(2)wi的含义:神经突触的作用,的含义,阈值。兴奋抑制。
    - n4 v: U7 j7 v* d* l! |(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。
    $ p0 I+ b. Y! z/ W2 X, E; \# s( C作用函数:. o, w9 {7 @3 S
    (1)        hard limit
      j$ U0 k) U! N- G1 a: b! H  x( \f()= ,=
    ! @4 |8 I) I& o8 U
    ; C( m& u0 T) ~; `, ^5 c% \(2)        symmetric hard limit
    9 c6 h+ `0 O1 Xf()= ,= 3 ^) ?( ]' O0 y! `) g% S. A: y
    7 d( `8 q- Y' a- Y; h/ T* B
    (3)        linear
    $ }9 |7 p0 B: J6 _f()=,= ,线性8 U0 }! L! C% c0 F% b- l
    / W, a( `: t0 q4 F* o4 ^& J
    (4)        saturating linear,
    ( w  f; m9 r# X- ?' lf()= ,=
      m$ `+ m( \% G- ^% F( M' n
    ) Q# x' |9 T6 {& a(5)        symmetric saturating linear( H5 v6 `' a: N! J. c$ f7 m
    f()= ,= ' t5 v$ v8 G+ Y, H. ~; t  l
    # n6 V; V2 x# P7 H9 y
    (6)        log-sigmoid0 H$ ]9 b* }( m# J0 z9 M
    f()= ,= ) M  R, Y0 p, k* s/ G: D3 k: Q
    (7)        hyperbolic tangent sigmoid1 z" d9 m( N, w& Y- T' O
    f()= ,=
    ) U3 [" l) L' K! t$ J(8)        positive linear" `! h6 n, b+ Q
    f()= ,=
    2 j( X) d& u. P* t3 u2神经网络结构& s/ f/ m+ ^- Y- f5 w
    (1)        前馈网络# G9 v; ~, A. |! d- C& K
    2 i6 A. q. c9 e6 m/ f
    (2)        反馈网络
    4 ^6 l9 x6 e8 p. I- P: K& s * e6 _0 z* M5 A9 i* |
    (3)        Recurrent神经网络
    ; j  c2 ]6 b+ S$ n; D ) _" w5 c# [9 V& K5 \6 P0 i9 O
    (4)        单层前馈神经网络
    2 Y; G) _- r+ |2 E6 M9 F- X8 O问题:1 `9 l' L& W7 G! \' a1 s' Z' W
    (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?
    ( K* g9 B* x0 K/ s7 ~# {(2)针对问题,确定神经网络,即为学习。/ b1 _3 [9 K% L+ U# ~: z
    (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.& X" T1 {# c: z
    还有其他种类的神经网络,等讲到时再说。4 A2 c: }1 {. g/ i7 [
    3神经网络学习规则
    & j- F1 t4 E  X4 _0 V, L自己看,以后慢慢理解。
    % d. c/ U4 x7 h1 ~* w. n. m4应用实例
    % x7 k6 E" n" m: \  ^7 D: Y- e 8 E# a# }$ X( Y
    解采用hard-limit函数神经元
    5 E- h8 L2 k) }! }+ E2 { 7 |: `6 Q% }- |" e8 n% @

    6 ~% ^! k+ y" P8 ^  ^2 M
    zan
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