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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。! p9 X4 Q S/ n: y
1什么是神经网络
" o$ l: g. X5 ^( b, `$ R6 L1. 1神经网络与计算机
' e$ a A' E. @' c( R计算机:0 y2 D* C1 `, [; D! o
四代计算机
4 k: D, I, c- `8 }* A: P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。
+ R! _* v7 N, z$ f+ \1 V 计算机特点
9 H- j. R5 U5 w q6 ?6 ]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。, F, ~" ?0 H+ g$ f
神经网络发展史$ ?/ i; {; ~$ x) ^, G4 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。2 M; ^# Q' K5 r" p$ v3 o
(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。1 m9 o' ?, l; l1 m' a4 b
(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。
4 J6 K! h! D7 l. c( }, U/ y(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。
5 T6 t9 i) I4 c(4) 1958年,rosenblatt真正造了一个神经网络,号称perceptron,感知器。
$ ]0 e; J) i& }% `* Z1 q! W, x0 V4 x) {(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。
. ?4 v% k; C/ R+ [% b6 I5 U(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; z/ y$ {+ z/ l: R
(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。
/ i! G4 \; A* [& }+ 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。
! @6 G" I* u+ [% i- g(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。
( D/ w& z, _ b4 u, b. `" w8 I' n! W. M(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。' u) {& P/ {) ~9 z# C
神经网络特点
+ t& v8 I4 } U6 X4 Y5 _2 y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。8 y+ t% t2 t& z5 I* y" }' n5 b
1. 2神经网络应用
9 ?( I5 I9 U- E5 }领域:- ]! _0 M. m0 j
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。
* s2 i- F5 e1 x* r- E1 _( uAutomotive: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。
. C7 c8 o8 Y, @: y; Y0 n7 l银行:信贷申请评估器。, o( B! P7 b8 N( v# K
语音:语音识别,语音压缩,声调识别。现在主要的应用。% ^) l/ K5 ]# z, k/ P
机器人,Defense,Electronics, ebtertainment,Fiancial, Insurance, Manufacturing, Medical, Securities, Transportation。很多领域都用,想用就能用。
: L8 Y6 t' K$ \ C1. 3生物基础' [3 d; v) F/ h4 A m
& S% d7 ~9 l- `3 V( @, K* X
神经纤维,传递信号,数字信号,二进制数。
+ B4 Y, w5 _* t& x1 X' F- p神经突触,数模转换。数字信号转换为模拟信号。+ B. r& M5 Y7 E- }- f0 W F( N
神经信号,二进制信号。' I8 {. |( Y6 r& l* ]
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。
) ^! m' y% {0 d R6 t# ^7 n第二章:神经元模型与神经网络结构
5 Z8 Y f, e( ^: c6 I8 {# ^+ X$ ]本章介绍人工神经网络的数学模型,从神经元开始。; Q% K$ W6 i( Z/ m9 H# B
1多输入神经元模型,/ d+ h6 ~+ `+ p
% o. k- s# W5 N- uy=f()6 k: K4 j5 l G& a" X/ F* K
= =WTX-- a, a* a1 L4 S0 C9 z. E
W=(w1,w2,…,wn)T3 P8 D& b: v j* w: M
X=(x1,x2,…,xn)T。/ y% p9 C: ?- A- o- R& N
解释: k+ A2 `& V* q& b% G/ U
(1)神经元有两种状态,兴奋/抑制。
9 ~' @/ W5 ~, a0 E2 {' g. D7 T1 `(2)wi的含义:神经突触的作用,的含义,阈值。兴奋抑制。' H9 j$ E) [3 x3 h, ?3 ?3 v
(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。% h4 h- Y. Q# ?; X- f' C" y2 `
作用函数:# ^1 K0 t3 w0 i V$ w- y7 C5 z
(1) hard limit# \& N% `* x/ }4 h. v6 E) [+ `
f()= ,=
' x' o9 D. h/ h4 E1 o8 X
8 n9 B. X8 ~: J+ E1 }- B' N(2) symmetric hard limit! W0 N9 h8 S6 r. }, k
f()= ,=
" L3 H+ W7 b4 `7 V9 E
2 L6 r. s: K0 Y(3) linear
, _) `( f4 }& m7 O) a2 l* ?- g8 ~f()=,= ,线性; ?/ C0 \+ _7 W
# o- h) D6 K, ~ f(4) saturating linear,& C: S6 Z Y$ q0 W& [
f()= ,=
1 E3 V: Y+ g Y- c . J2 z5 m- p1 W7 N
(5) symmetric saturating linear
: K) ~4 Y2 a8 b9 a/ ^f()= ,= ' C5 v& V/ S3 S; i
# V- v/ y6 _+ g$ s8 w+ E1 j
(6) log-sigmoid9 j: O. _/ s3 T/ ~" i4 b B' h- W; q& D
f()= ,= 5 {, V6 \1 u: p' Y; E* d
(7) hyperbolic tangent sigmoid
- p& ?: D9 N. X4 sf()= ,=
$ g/ P/ C4 V1 }(8) positive linear: K1 h. `/ T q l) p: l7 a
f()= ,=
7 ~0 r# G' H6 L2 x' v# s2神经网络结构) s, @1 }. L5 c3 v z5 y2 H+ I
(1) 前馈网络
8 A0 H# R; p$ l- i0 ]3 m- ^
n9 A6 R) I+ Y+ p7 G; h" q! }0 i(2) 反馈网络- R$ c7 l+ @) i# ]: _
9 _7 ~5 [. `1 S# K0 h1 S, s' `
(3) Recurrent神经网络. r+ `1 c' t8 U9 X. |7 ~6 G+ J
! l! M3 T1 E2 B Y+ T( l) J(4) 单层前馈神经网络
8 _" e; {- j1 h* z问题:5 M1 t( b& Y& B9 \ z3 o
(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?/ N8 s7 K7 G; ^7 P
(2)针对问题,确定神经网络,即为学习。! L& J5 j) \. r) }8 n; C) Q, E+ p
(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.
+ A/ _- x- v5 d: n; U7 _% _还有其他种类的神经网络,等讲到时再说。
u6 {0 k5 \9 C/ Z3神经网络学习规则
" L6 q, ?* R0 c9 q' z; j自己看,以后慢慢理解。
1 V; p$ C( g" W E* G& o. n4应用实例
! s' v$ F3 b$ M { F/ G : Q$ k6 |5 {: b! ~ _
解采用hard-limit函数神经元6 ?3 \& p) Y w3 w: D! |4 M
) W' r" c, T8 c: C6 \' r* e
( U3 D: b1 ^( @& D
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zan
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