对于一个给定的感知器来说,它的权重和阈值也是给定的,代表一种决策策略。因此,我们可以通过调整权重和阈值来改变这个策略。
    关于阈值threshold,这里需要指出的一点是,为了表达更方便,一般用它的相反数来表达:b=threshold,这里的b被称为偏置(bias)。
    这样,前面计算输出的规则就修改为:如果w1x1 + w2x2 + w3x3 +...+ b  0,则输出output=1,否则输出output=0。
    而权重w1=w2=2,则b=3。
    很明显,只有当x1=x2=1的时候,output=0,因为(?2)*1+(?2)*1+3=?1,小于0。而其它输入的情况下,都是output=1。
    所以在实际情况下,这其实是一个“与非门”!
    在计算机科学中,与非门是所有门部件中比较特殊的一个,它可以通过组合的方式表达任何其它的门部件。这被称为与非门的普适性(gate universality)。
    既然感知器能够通过设置恰当的权重和偏置参数,来表达一个与非门,那么理论上它也就能表达任意其它的门部件。
    因此,感知器也能够像前面三体中的例子一样,通过彼此连接从而组成一个计算机系统。
    但这似乎没有什么值得惊喜的,我们已经有现成的计算机了,这只不过是让事情复杂化了而已。
    单个感知器能做的事情很有限。要做复杂的决策,所以则是需要将多个感知器连接起来。
    而实际中的网络可能会有上万个,甚至数十万个参数,如果手工一个一个地去配置这些参数,恐怕这项任务永远也完成不了了。
    而神经网络最有特色的地方就在于这里。
    我们不是为网络指定所有参数,而是提供训练数据,让网络自己在训练中去学习,在学习过程中为所有参数找到最恰当的值。
    大体的运转思路是这样:我们告诉网络当输入是某个值的时候,我们期望的输出是什么,这样的每一份训练数据,称为训练样本(training example)。
    这个过程相当于老师在教学生某个抽象的知识的时候,举一个具体例子:
    一般来说,我们举的例子越多,就越能表达那个抽象的知识。这在神经网络的训练中同样成立。
    我们可以向网络灌入成千上万个训练样本,然后网络就自动从这些样本中总结出那份隐藏在背后的抽象的知识。
    这份知识的体现,就在于网络的所有权重和偏置参数的取值。
    假设各个参数有一个初始值,当我们输入一个训练样本的时候,它会根据当前参数值计算出唯一的一个实际输出值。
    这个值可能跟我们期望的输出值不一样。想象一下,这时候,我们可以试着调整某些参数的值,让实际输出值和期望输出值尽量接近。
    当所有的训练样本输入完毕之后,网络参数也调整到了最佳值,这时每一次的实际输出值和期望输出值已经无限接近,这样训练过程就结束了。
    假设在训练过程中,网络已经对数万个样本能够给出正确(或接近正确)的反应了,那么再给它输入一个它没见过的数据,它也应该有很大概率给出我们预期的决策。这就是一个神经网络工作的原理。
    但这里还有一个问题,在训练过程中,当实际输出值和期望输出值产生差异的时候,要如何去调整各个参数呢?
    当然,在思考怎么做之前,也应该先弄清楚:通过调整参数的方式获得期望的输出,这个方法行得通吗?
    实际上,对于感知器网络来说,这个方法基本不可行。
    比如在上图有39个参数的感知器网络中,如果维持输入不变,我们改变某个参数的值,那么最终的输出基本完全不可预测。
    它或者从0变到1(或从1变到0),当然也可能维持不变。这个问题的关键在于:输入和输出都是二进制的,只能是0或者1。
    如果把整个网络看成一个函数(有输入,有输出),那么这个函数不是连续的。
    因此,为了让训练成为可能,我们需要一个输入和输出能够在实数上保持连续的神经网络。于是,这就出现了sigmoid神经元。
    sigmoid神经元(sigmoid neuron)是现代神经网络经常使用的基本结构(当然不是唯一的结构)。它与感知器的结构类似,但有两个重要的区别。
    第一,它的输入不再限制为0和1,而可以是任意0~1之间的实数。
    第二,它的输出也不再限制为0和1,而是将各个输入的加权求和再加上偏置参数,经过一个称为sigmoid函数的计算作为输出。
    具体来说,假设z=w1x1+w2x2+w3x3+...+b,那么输出output=σ(z),其中:σ(z)= 1/(1+ez)。
    σ(z)是一个平滑、连续的函数。而且,它的输出也是0~1之间的实数,这个输出值可以直接作为下一层神经元的输入,保持在0~1之间。
    可以想象,在采用sigmoid神经元组装神经网络之后,网络的输入和输出都变为连续的了,也就是说,当我们对某个参数的值进行微小的改变的时候,它的输出也只是产生微小的改变。这样就使得逐步调整参数值的训练成为可能。
    在历史上,很多研究人员曾经也做过尝试,michael nielsen的书《neural networks and deep learning》这本书中也曾经提到过这个例子。
    这个神经网络只有一层隐藏层,属于浅层的神经网络(shallow neural networks)。而真正的深度神经网络(deep nerual networks),那么就会有多层隐藏层。
    神经元系统采用了左右脑半球的设计方式进行设计和制造。
    最右侧则是输出层(output layer),有10个神经元节点,分别代表识别结果是0,1,2,...,9。当然,受sigmoid函数σ(z)的限制,每个输出也肯定是0~1之间的数。
    那我们得到一组输出值之后,哪个输出的值最大,最终的识别结果就是它。
    而在训练的时候,输出的形式则是:正确的那个数字输出为1,其它输出为0,隐藏层和输出层之间也是全连接。
    神经网络共的权重参数有784*15+15*10=11910个,偏置参数有15+10=25个,总共参数个数为:11910+25=11935个。
    这是一个非常惊人的数字。

章节目录

我的超级黑科技帝国所有内容均来自互联网,欲望社只为原作者萌主天下无敌的小说进行宣传。欢迎各位书友支持萌主天下无敌并收藏我的超级黑科技帝国最新章节