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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。+ N& }: @1 @+ c6 i. A1 F
    1什么是神经网络! g  G8 s( L9 [7 ~
    1.        1神经网络与计算机0 z5 K3 F+ L6 n* \
    计算机:
    - O7 Y. C$ ]% x' ?        四代计算机
    ; A. Z% a4 q  b6 U) |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。6 o% V! I" I- Z( Z
            计算机特点
    9 \  Z. t7 ^3 R* i4 O0 U. }: x" v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。- v0 [5 K; [7 k" b3 ]1 V
            神经网络发展史! o8 I, a7 ]1 b
    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 H2 V, \2 A; s6 D5 r(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。
    4 }! _! j' P9 U, _( m; I(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。
    ( a! i# R) V2 ?+ ]- c(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。! j' }: \5 T* }$ e# y4 `  J* X
    (4)        1958年,rosenblatt真正造了一个神经网络,号称perceptron,感知器。
    % `. u+ J+ F6 W(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。* J' N) D9 ]3 j: R6 e. d+ H
    (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。
    8 `  Q- ^: r' A9 q9 j" b2 }0 Q0 X(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 h% m% m8 j1 `0 f6 P(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。
    ' q$ Q9 X7 T5 [1 y$ m& @(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。
    8 [% ?- ~% o# H% J& K(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。5 i0 ]& o% }+ J9 V) _, T) m& N
            神经网络特点
    7 w! d# N& _7 \' {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。. V3 V3 d& p9 Z; ^" c
    1.        2神经网络应用
    ' Y6 [# |* R9 q2 c) b' Q& h) F' {领域:  b  S9 n2 |7 ~, e2 S+ B
    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。
    ; E+ u9 D; N, Z' K% v. G0 W6 mAutomotive: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。% C6 @9 q- L+ b- n
    银行:信贷申请评估器。
    7 |1 l% l! J/ D3 l4 f; F语音:语音识别,语音压缩,声调识别。现在主要的应用。
    8 I! L( m' f) g, L8 p机器人,Defense,Electronics, ebtertainment,Fiancial, Insurance, Manufacturing, Medical, Securities, Transportation。很多领域都用,想用就能用。6 ~! |$ h5 _# z2 f& |! p9 j* W
    1.        3生物基础9 J# w$ O5 @* \# ], i" T

    8 }7 {+ V5 G% S神经纤维,传递信号,数字信号,二进制数。
    ! {3 G* ~5 Y$ g, c神经突触,数模转换。数字信号转换为模拟信号。
    , ~4 |; Y3 k2 k神经信号,二进制信号。( v$ h% v% ]; Q9 E& i2 ?
    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。: K$ f- B( q) V4 Y
    第二章:神经元模型与神经网络结构
    # D3 ^6 }% ]* ]0 M% z本章介绍人工神经网络的数学模型,从神经元开始。
    1 z( N2 l. y5 \. P0 g) x0 F; C1多输入神经元模型,
    1 B/ s: K9 K7 u" s+ a % M# D  J& m  S; d9 }
    y=f()
    8 J5 O7 g1 w7 @% p% t! f= =WTX-
    / `( r9 w3 r. d9 V' VW=(w1,w2,…,wn)T: x) }# A+ j& p/ }3 s
    X=(x1,x2,…,xn)T。1 x7 M, x: f1 s! M9 V+ p4 ^
    解释:
    % t( V1 \3 o8 R. W+ f0 A(1)神经元有两种状态,兴奋/抑制。- V8 _% T+ b! f+ z, X+ k
    (2)wi的含义:神经突触的作用,的含义,阈值。兴奋抑制。
    - h( |2 T: M) T; _(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。8 {+ J, \8 I/ x9 g7 Q, ?& f. A
    作用函数:
    7 X% o2 v5 D) P' q(1)        hard limit
    # S4 Q; V- H1 k0 @) c- _; \+ ]9 kf()= ,=
    7 A- l% |# ~2 m3 g
    9 `9 c5 k1 y" d(2)        symmetric hard limit
    4 Z* }5 i1 E! ?" `f()= ,=
    8 Q8 I7 b2 M, s9 R' E& e/ s 1 J5 G- }, o; c3 z' i$ X9 z9 J' J
    (3)        linear
    5 Q. g1 y3 t9 j7 [1 cf()=,= ,线性7 P- @" B5 W, p" |5 z9 m  V; {

    4 B! m$ T! f) R' P(4)        saturating linear,/ |0 t  h- U) i
    f()= ,=
    - z, @0 T  Z3 n' g1 s/ h 1 c/ ~: _+ k1 v/ O" j9 a) l
    (5)        symmetric saturating linear
    " K5 J! L5 R9 Y; [$ R# v% Df()= ,=
    # R+ j8 L' K- P9 L+ t: U3 I4 X, x
    / d5 |, X$ Z' y% j/ e3 b(6)        log-sigmoid
    $ N6 k+ z0 I+ K& [2 }f()= ,= " Y2 ]7 G& R* T  O& Z% J3 ^; _
    (7)        hyperbolic tangent sigmoid  g) v1 c' ~7 D5 E+ f3 `6 r6 S
    f()= ,=
    : `4 o0 E9 S. d5 u- [+ n! c(8)        positive linear
    ) `6 Y, i9 Z, `) W0 i0 yf()= ,= . v! _; d) E- k. [% t- M
    2神经网络结构
    + i. A$ ?9 H- k& `  F0 z(1)        前馈网络: X3 F( K# k# D, N7 O6 g! l

    / l* P% l. D0 j! X$ m(2)        反馈网络
    2 r: w+ o" o# s# l& t
    : P4 ?4 \/ m+ E" _(3)        Recurrent神经网络
    ( v$ L. t2 k+ M! X" j& p" A6 ]6 w " ~: W0 I+ D) D/ z
    (4)        单层前馈神经网络, b9 U, Q! y8 N# y2 ]9 ^% G
    问题:
    ) H0 C6 ^4 p7 H' }(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 u. W3 W- p% f' o
    (2)针对问题,确定神经网络,即为学习。
    & l3 E6 y1 [, P" w" m- Q$ p/ X(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.
    ( z% v& W, R/ W3 A0 Z# g还有其他种类的神经网络,等讲到时再说。0 N/ |  r' A: w% q
    3神经网络学习规则
    7 t% h4 O4 `4 X. S% S6 [4 \自己看,以后慢慢理解。* [1 u& z; N1 ~0 s0 F/ j5 p
    4应用实例
    6 R  z; Q$ |: E2 ~7 T6 ]5 [  q, t* C
    # _# f4 {7 a1 v+ x) O/ N解采用hard-limit函数神经元
    " g8 Y: X$ A# T5 X% b' H/ X/ f
    8 n& o: O+ X2 Q; I+ C" F2 _6 G7 s1 w
    zan
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