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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。
    8 s& W( y; y8 D5 V7 D1什么是神经网络0 E& W: B7 M) Q
    1.        1神经网络与计算机  ~" I6 z& {, T1 q
    计算机:  I/ ]+ f1 L- k
            四代计算机4 ]) J  P1 N. M$ C4 a& U+ r" b
    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。8 ^  ^; T* ]  h# ?
            计算机特点
    5 B5 u9 X6 K6 y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。! d1 q) D( H) B1 j; b
            神经网络发展史0 j7 d; Q1 a: [' W7 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。
    % P# M. {' D. Y(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。
    + J0 t* C! A7 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 h, G. K. K& S. A2 ^: E
    (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。
    . N, ]- B8 D" g4 _7 o; ](4)        1958年,rosenblatt真正造了一个神经网络,号称perceptron,感知器。" u' R# N1 q% w, v; n- u' u
    (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。
    $ m( S5 I7 z5 }, {- x6 D+ E(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。2 N6 Y! u+ _# t7 w! V" f
    (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。( a$ k# g9 q( m& o2 K1 S0 {8 S
    (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。
    & p! C* N& x+ n  r(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。
    ! r7 K* g! I; v9 m6 @$ ~0 S7 Z(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。
    * z* o! n& c5 t- \! h        神经网络特点3 j  z: Y, }( m) c
    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。, u- ~- O% x% d/ J) _
    1.        2神经网络应用
    3 H2 W* U$ [, W! V* a0 }领域:
    ' j9 B% q" A; ]- g3 Z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。
    7 g+ L) M5 F  G* \, FAutomotive: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。
    ( ~6 D% Z; h6 l' n/ I( ^银行:信贷申请评估器。
    ( Q2 R8 n0 _. n语音:语音识别,语音压缩,声调识别。现在主要的应用。0 o! ^) X9 a; h* k
    机器人,Defense,Electronics, ebtertainment,Fiancial, Insurance, Manufacturing, Medical, Securities, Transportation。很多领域都用,想用就能用。; O3 `: J  ]) e. f3 f' `
    1.        3生物基础
    ( D* j) W% B" _. r0 R
    6 i1 f2 \% h7 i( s% y+ I! M9 T神经纤维,传递信号,数字信号,二进制数。; [3 q% R- f+ P7 b2 P
    神经突触,数模转换。数字信号转换为模拟信号。
    ' @' k$ I* f2 x7 y神经信号,二进制信号。
    . B% Y1 a" w3 S) I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。+ z/ y1 x2 I$ L' B$ c
    第二章:神经元模型与神经网络结构
    3 t9 w4 H) {% G7 I8 ~本章介绍人工神经网络的数学模型,从神经元开始。0 C( ]4 f: {9 p9 P
    1多输入神经元模型,
    8 Z( E' C6 ?% { ' h! S% G$ y- g8 W5 k" p
    y=f()
    ; \- K5 r% F1 t3 `= =WTX-" ?' G$ p, J. V+ i
    W=(w1,w2,…,wn)T
    ; m, ]! A8 }4 [$ `5 DX=(x1,x2,…,xn)T。+ u2 x1 _" w7 o6 e% \
    解释:
    . E, m; O1 N2 Y* J. t: ]. z$ N(1)神经元有两种状态,兴奋/抑制。
      Y% |/ E5 t& T7 z, F$ ]3 f7 A(2)wi的含义:神经突触的作用,的含义,阈值。兴奋抑制。( Y# B7 N7 d7 C. R" 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。' _3 p5 W; H: w0 b. n7 \5 Q
    作用函数:
    : d6 O* A0 f3 n/ Y  m1 g2 F' w(1)        hard limit
    3 q" L* R' R# w- K. {2 P3 zf()= ,=
    ) q0 {; R! O: @+ M; _2 t
    . o$ _  q  ]' `* d7 i& a& T(2)        symmetric hard limit
    : a; t! Q' z7 k, `% |f()= ,= ; B/ \; h* e; O3 C+ e
    9 B& k% o' K" n$ ]
    (3)        linear+ z' }6 s% ^# W" i+ p3 j
    f()=,= ,线性9 e) p  e3 n& O  p# S5 H  T; O" U

    ' T* Q5 }( ~2 f- O(4)        saturating linear,  a; B& N$ I8 L# [& O( F( m
    f()= ,= 3 N8 V4 f0 n, @. U3 K
    9 |9 \" C/ n5 N; _1 d
    (5)        symmetric saturating linear
    6 \+ e; K8 c+ {2 tf()= ,=
    4 H2 U1 B: X5 {" _! \7 ^1 [
    # H! p+ t3 ~7 p. U3 {" a* p(6)        log-sigmoid
    6 B4 a: X- A( t' q& r, Z% nf()= ,=
    / }" A9 \( f+ s' D' t! l' l(7)        hyperbolic tangent sigmoid
    7 A* }) m7 e9 b9 ?' H0 |# Sf()= ,=
    / `  ?/ m) x6 d(8)        positive linear
    5 D; l7 P6 p" F' i+ Af()= ,=
    ( U8 D. o9 z0 H+ L7 P3 a( r; C2神经网络结构1 o, ?1 a  p; Y5 B3 B4 |+ a
    (1)        前馈网络
    , m- F3 Q5 a& T
    ) Y! X' g2 Z- \' `(2)        反馈网络
    ' {! B# t" o$ k) ~2 u. \  C   X0 V& Z5 A/ W
    (3)        Recurrent神经网络
    9 P& E3 {& y4 s, W& B
    % {% b/ O$ ^5 }, r8 K(4)        单层前馈神经网络' R; A3 m% E' W' `
    问题:# D& ?- F# h7 X
    (1)每层有多少个神经元,每个神经元采用什么传递函数,每个连接的权值是多少?
    7 E; b, p# v& a. q& F& B(2)针对问题,确定神经网络,即为学习。2 x; _/ w/ f* a  {/ k; Y
    (3)用作记忆,具有联想能力的记忆函数,象人一样,识别字母,a, b, c, d, e, f, g, …, x, y, z.- Q) K0 }* V: b0 {6 Z1 m# J/ V
    还有其他种类的神经网络,等讲到时再说。, B' I5 S: {+ p
    3神经网络学习规则
    ' w/ h; J- t3 }/ J自己看,以后慢慢理解。
    , j$ u0 i/ b& l4应用实例& D  \) ?7 {) {9 x8 x! w$ j. O

    ; Q6 @' K0 ~* G( v6 R5 H解采用hard-limit函数神经元/ @  l1 w+ \% z5 P4 E+ B' R

    : K  @4 ^8 x) _) R9 x4 J% Y* e
    : D9 y- D7 Z% O  }' U+ t  D# O$ w
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