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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。
    $ u# Z8 t( d; V; f/ b1什么是神经网络
    6 `  V# w! b) @, O$ T4 ]3 [: ^! }1.        1神经网络与计算机
    5 E1 N$ p. U7 i; a  K计算机:5 r2 n3 `( V: v# }7 i
            四代计算机9 p5 S7 G' B/ Z+ @# C
    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。
    ( Q8 Y6 b* k- W        计算机特点
    2 Q& ?, |# M/ N  b+ J- ^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。
    . z: W, k, M5 g        神经网络发展史
    ; q8 l7 u- c+ I( Z# M5 \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。0 G3 r( R* x* V* t( 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。
    ) @0 X1 O3 P) B' m# s# C7 I! s(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。
    3 [0 W1 \3 C; H7 N7 q3 {# f. M4 U(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。
    & V  j8 M2 W5 ^(4)        1958年,rosenblatt真正造了一个神经网络,号称perceptron,感知器。" j! s+ M: u. i) t% |
    (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。
    & x. `* t6 K( R% \3 K" Y+ l(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 [& r/ E+ X$ S) w(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。6 G( \; E* ?- s+ 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。
    . `9 q/ Z" \+ O(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。
    / i# B1 O0 e3 G# F, m& J0 O* [(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。
    8 Q. N1 o2 j2 M/ N1 |; t        神经网络特点
    6 j7 Z0 f  F9 E  A9 g( H" w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。) h- a, y" ]* k6 r/ d$ E" @, y
    1.        2神经网络应用
    6 {. A$ f( N/ ]7 k领域:
    8 D7 q8 D" ~/ J# B0 ^+ D" 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。
    , r$ z/ j: |3 j( s! j  I8 R/ ?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。9 C9 |4 w. g6 }; y$ [
    银行:信贷申请评估器。
    ( H& i: u* Z5 n- b1 y/ V语音:语音识别,语音压缩,声调识别。现在主要的应用。
    # d2 G1 |9 o9 j% F% P9 E/ g机器人,Defense,Electronics, ebtertainment,Fiancial, Insurance, Manufacturing, Medical, Securities, Transportation。很多领域都用,想用就能用。) _& ^* r3 M0 \  p
    1.        3生物基础
    / h5 n8 ?! Q: F* N1 |
    ) @0 B- ]  T9 P  w9 O  c神经纤维,传递信号,数字信号,二进制数。
    1 i) [5 p7 P% K( R9 @3 O& y; G神经突触,数模转换。数字信号转换为模拟信号。
    - S6 e7 B  D9 I; ^  x神经信号,二进制信号。5 p9 `% U3 K0 I+ X. T- ^$ \* Z
    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。4 H9 _& j7 ]& c; W+ B! t
    第二章:神经元模型与神经网络结构' L% i% v5 Q" T' H
    本章介绍人工神经网络的数学模型,从神经元开始。
    6 I1 n. u5 g- ]: J4 k1多输入神经元模型,
    3 F% d& d/ e  d: B) v
      w/ v1 x2 x8 _4 c) W* Hy=f()+ L" K, r) w! H8 v+ a
    = =WTX-
    " g- V1 M; v  u- I3 F5 r3 e9 V+ ZW=(w1,w2,…,wn)T) r% ~+ Y" R# B7 o; W3 Y7 j/ g
    X=(x1,x2,…,xn)T。- S* q1 }5 u1 b% \# c( @9 G
    解释:
    . E* k. s" T8 U; u' l8 c' T(1)神经元有两种状态,兴奋/抑制。) P! c( s3 S1 d9 G- P1 g# m
    (2)wi的含义:神经突触的作用,的含义,阈值。兴奋抑制。
    3 z1 o/ ]  I1 N, A" ^(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。6 A5 H1 ]/ x  ]5 M, e
    作用函数:
    % V  t4 L. Z- E  x6 X7 ]' _- k: P3 S(1)        hard limit. b, v( d; O( m" d  i0 P* z, m) a
    f()= ,=
    ! A3 b6 N7 c5 {6 p% J& C% Q4 F
      F) y# L& R  D# B) h. \4 f(2)        symmetric hard limit
    9 R9 K: \$ d3 d' [# Cf()= ,= 6 Z4 {% C6 |9 w$ g- Y5 c) g
    ' ~# U9 r8 i, `; u6 f( G
    (3)        linear: F9 q' @4 Q% v
    f()=,= ,线性
    ! j! ]' S& G% ~. S* ^: D
    " P4 x" L) |7 ^" w: W0 |; X(4)        saturating linear,( Q+ ~1 M- p2 s1 Z8 ?
    f()= ,=
    9 l0 g. \1 v7 B' H 4 i5 c* A+ W2 O8 z: m5 d
    (5)        symmetric saturating linear* q  q9 l  O4 Z1 b2 b+ D" `! }! y
    f()= ,= ( A5 [& Q. m  I+ U. k8 [

    5 G! N! {1 n/ E, g% R) G8 D(6)        log-sigmoid
    . ?% m+ U4 {3 W! Ef()= ,=   A# ]# V/ C4 u" Y  K* V; M" p
    (7)        hyperbolic tangent sigmoid# v3 z: ^4 r$ R0 S- y$ l  @" V: j2 ~2 l
    f()= ,= : l% o; S* P! g1 j" S; n% x. x
    (8)        positive linear
    ) _- }! x% _  W. v, E% [/ ^f()= ,= 8 d( A# p) o- M# P
    2神经网络结构
    " Q9 c7 S3 [' {. [6 @% t' n. ?7 x(1)        前馈网络( R. h$ _' y6 N" N$ @' f& b
    0 z' @3 u$ l7 j7 n+ h: f5 o  o
    (2)        反馈网络
    , e% ?/ E& k) |' _. z9 q 9 L7 `2 `. `, p0 f4 w( g; |
    (3)        Recurrent神经网络
    ) b& N0 a. [1 J/ t
    # X6 {4 b+ F3 v8 w4 k(4)        单层前馈神经网络
    - q$ c; w# J2 S, `6 n0 ]问题:
    : j# ?. }4 N/ N, k4 c% v3 j, I(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?
    ' c1 V9 E( F3 ~6 Y0 k( A(2)针对问题,确定神经网络,即为学习。
    * Z# K( A) c% h% U, ]+ W8 k(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.8 [5 y/ a, M: G9 Z+ ~/ |" j' f
    还有其他种类的神经网络,等讲到时再说。
    ; k2 A0 n% t0 Y3神经网络学习规则
    7 O+ y; M  M" Z1 x, c自己看,以后慢慢理解。
    ; t5 z4 ?! a3 b4应用实例
    ' {, }( w! Z7 V9 V) ~0 @. e 1 O5 F1 t) E8 V. }- a
    解采用hard-limit函数神经元6 Y* [, M6 r% h% n

    4 D/ P' y  A- s/ N" u
    ' G) p7 T& k# U( H6 G* \
    zan
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