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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。6 p! p0 d6 G6 [
    1什么是神经网络; B. o" [" p: a8 L7 u6 W
    1.        1神经网络与计算机
    5 ?8 O: `' K; p2 _$ R  |7 \, c计算机:
    & P' T/ I! ^: i- n) l8 e        四代计算机$ L/ U! e# b+ ^# P1 f4 W5 }! r
    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。
    / @: l' G2 B, R9 m1 u; D/ E& G2 `- D        计算机特点9 q( ]8 c3 ]4 q+ ^
    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。5 m. I6 _$ b  b3 R6 O8 [
            神经网络发展史; _' a' X$ L( }% O8 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。
    % o% S) g) R0 X( 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。( @8 z- q# G; j+ w' {
    (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 V9 u' t+ u  ]* Z& f3 m(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。- O) x( J, E2 ~# Q0 {
    (4)        1958年,rosenblatt真正造了一个神经网络,号称perceptron,感知器。; k4 X4 c6 v0 P' \# u7 R
    (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。
    # P4 |/ r- V. J. H/ H7 s2 z6 _9 A(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。9 _, F5 m* L) i5 `+ i
    (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。& n& A; d( L! J- H# m) u) Z$ N
    (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。
    - Z* N' R1 z6 X$ {* O# 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。
    9 b2 N  C2 ]! x3 y(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。2 G* N  X" p: K7 k
            神经网络特点
    6 r, \9 N1 ~" O4 O. q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。, w9 c' x, [  J2 K; i% @6 o
    1.        2神经网络应用1 O3 J! e# ^7 s& Q6 b- ^2 @2 N3 R
    领域:6 E2 x0 f% W6 [  S% u
    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。
    ! m( B6 A( g+ u  M# sAutomotive: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。8 B. S8 Z# M! r8 w& r
    银行:信贷申请评估器。
    0 x' u" {9 c; {语音:语音识别,语音压缩,声调识别。现在主要的应用。: b) f  G2 F4 H, {) c$ C
    机器人,Defense,Electronics, ebtertainment,Fiancial, Insurance, Manufacturing, Medical, Securities, Transportation。很多领域都用,想用就能用。
    7 A' ?( v$ [$ e# I0 J/ i8 j1.        3生物基础
    - G( P  L' b% H7 D. |! }0 h 9 J* }) e0 X7 r' Y7 N
    神经纤维,传递信号,数字信号,二进制数。
    + A4 w  ^& K  O& U( R& L: j. K神经突触,数模转换。数字信号转换为模拟信号。/ }2 _4 Z; J# u' a
    神经信号,二进制信号。- A& p; w$ \, F* O0 f
    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 R8 i! @: X- v+ x% L8 S( s$ j9 V第二章:神经元模型与神经网络结构; m$ }( ^' P! i. p6 w6 r
    本章介绍人工神经网络的数学模型,从神经元开始。- R1 n; i7 I8 L: q: z2 q2 ^, M
    1多输入神经元模型,
    " @5 k* i' j1 R/ y1 ?- e+ h* J0 y
    + Q; J  c) x! B  Dy=f()
    " Y0 d# k, {) H  P+ c; w8 H) m= =WTX-( r' x6 g! K$ ]- s! w- L
    W=(w1,w2,…,wn)T9 n3 [1 \+ l- s
    X=(x1,x2,…,xn)T。
    ( `' F: |+ g7 }2 G. U解释:" a; g3 u3 t, m# S  Z  ^
    (1)神经元有两种状态,兴奋/抑制。
    9 O5 F2 g; {. n5 q2 R+ G(2)wi的含义:神经突触的作用,的含义,阈值。兴奋抑制。
    6 a0 \. Y4 E; H- c$ f" y2 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。! j5 N+ u8 B& x% z! O; x2 ~! g
    作用函数:
    $ M& x' M9 @" m! s7 T3 s(1)        hard limit" E+ q# }8 v5 F* I0 R- W
    f()= ,= 7 \% W) v. Y4 J: H+ E+ X
    4 @( j3 F) D& P8 V0 K2 O9 P% [- j; g
    (2)        symmetric hard limit
    - ?! I( ^1 l& nf()= ,= + x5 O3 ?3 x- U7 i/ S# ]
      P$ E8 ], m# w0 z- Y6 [
    (3)        linear) \6 V/ X/ ]5 q8 R/ c8 F. u
    f()=,= ,线性0 o9 X8 ]9 Q, P; y
    0 v9 r9 ^! U" }: E; {
    (4)        saturating linear,
    8 k/ J0 R% {! n. Gf()= ,= ! F- ]7 r0 Q( l- v

    , M4 d% L( j9 R(5)        symmetric saturating linear
    9 t. v1 O, y# m& f8 xf()= ,=
    ' q& ?4 w" f6 g! \0 l% o. F ; @( O, i. c8 h! b7 ]. V
    (6)        log-sigmoid3 |7 S3 z. T. |- i# R6 P: a
    f()= ,=
    3 V0 R' v( Z% @(7)        hyperbolic tangent sigmoid! i# D0 w7 V0 F4 i4 S$ p) z
    f()= ,= 3 w& n/ q* [3 O3 i/ @
    (8)        positive linear4 a$ _- _& {- a
    f()= ,= 2 B# |7 S+ {6 T  ]5 X
    2神经网络结构
    7 n' A9 A  d2 \/ r4 {5 A7 G(1)        前馈网络1 U! {1 a" o* D
    2 I) u8 g, R& C, ]
    (2)        反馈网络' T) z: T4 m- O; _
    # _+ R# E8 r/ H6 r; @( I. t
    (3)        Recurrent神经网络$ D& C: p% i$ S* Q

    9 H0 Y% F: L/ L' M& `8 x(4)        单层前馈神经网络1 E. u0 R$ l; D0 O* e
    问题:- i8 Y! G3 o" R3 ]3 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?, P0 B6 E0 g6 N. [  y9 g
    (2)针对问题,确定神经网络,即为学习。
    ) b0 u/ ^+ Z9 V& n" 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.
    " v. ]) O4 d+ u还有其他种类的神经网络,等讲到时再说。
    6 q! s5 `/ _( g6 p4 s3神经网络学习规则6 _. P1 n; O7 G* [7 N
    自己看,以后慢慢理解。
    - J" ~" q% s8 d7 o3 A/ m4应用实例
      S" }) Y! G. A8 \
    6 N) ~) U1 r: P0 D6 j解采用hard-limit函数神经元
    3 g2 z* z5 t2 |- g0 @9 ^) V4 L
    ; X/ n& ~1 q- U, l. l7 u5 S
    3 C' p, ^4 r! z1 Y) V; T
    zan
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