06 人工神经网络(ANN)方法简介
人工神经网络的理论与应用研究
人工神经网络的理论与应用研究
一、前言
人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)是一种模拟生物神经网络的计算模型,常被应用于图像识别、自然语言处理、金融预测等领域。本文将从理论与应用两个方面介绍人工神经网络的研究现状。
二、人工神经网络的理论研究
1.模型结构
ANN模型一般包括输入层、输出层和若干个隐藏层。其中,每一层都由多个神经元(Neuron)组成,每个神经元通过加权和的方式接收上一层的输出,并通过非线性函数(Activation Function)进行处理。
2.算法优化
ANN算法的优化一般包括损失函数的设计、权重初始化、梯度下降(Gradient Descent)等方面。其中,损失函数的设计对算法的性能影响非常大,一般采用的是平均误差(Mean Square Error,MSE)或交叉熵(Cross Entropy,CE)等。
3.学习能力
ANN的学习能力主要分为监督式学习、非监督式学习和强化学习三类。其中,监督式学习常被用于分类、回归等任务,而非监
督式学习则被应用于降维、聚类等领域。强化学习则是模拟人类
通过试错不断提高决策能力的方法。
三、人工神经网络的应用研究
1.图像识别
图像识别是ANN应用的典型领域之一,其主要任务是将输入的图像映射为相应的标签或类别。常见的算法包括卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)、循环神经网络(Recurrent Neural Network,RNN)等。
2.自然语言处理
自然语言处理(Natural Language Processing,NLP)是ANN应用的另一个重要领域,其主要任务是将自然语言处理成计算机能够理
ann人工神经网络资料
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1.1 人工神经网络的提出
• 两种人工智能技术的比较
项目 传统的AI技术 ANN技术 基本实现 串行处理;由程序实现 并行处理;对样本数据进行多目标学习; 方式 控制 通过人工神经元之间的相互作用实现控制 基本开发 设计规则、框架、程序;定义人工神经网络的结构原型,通过样本 方法 用 样 本 数 据 进 行 调 试 数据,依据基本的学习算法完成学习—— (由人根据已知的环境 自动从样本数据中抽取内涵(自动适应应 去构造一个模型) 用环境) 适应领域 精确计算:符号处理, 非精确计算:模拟处理,感觉,大规模数 数值计算 据并行处理 模拟对象 左脑(逻辑思维) 右脑(形象思维)
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1.2.1 人工神经网络的概念
• (1)Hecht—Nielsen(1988年)(续)
• 处理单元的输出信号可以是任何需要 的数学模型,每个处理单元中进行的 操作必须是完全局部的。也就是说, 它必须仅仅依赖于经过输入联接到达 处理单元的所有输入信号的当前值和 存储在处理单元局部内存中的值。
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1.1 人工神经网络的提出
• 困难:
– 抽象——舍弃一些特性,同时保留一些特性 – 形式化处理 ——用物理符号及相应规则表达物 理系统的存在和运行。
• 局限:
人工神经网络ANN
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前向传播:输入信号通过神经元网络传递,计算输出结果
反向传播:根据输出结果调整神经元权重,降低误差
人工神经网络 ANN的组成结构
输入层
定义:输入层是人工神经网络中的第一层,负责接收来自外界的输入数据 特点:输入层通常由多个神经元组成,每个神经元负责接收一部分输入数据 功能:将输入数据转换为神经网络可以处理的内部表示,为后续的隐藏层提供输入 类型:根据具体的应用场景和任务,输入层可以具有不同的类型和结构
人工神经网络ANN的发展历程
早期阶段:感知机 模型,多层感知器
90年代:BP算法 的提出,多层感知 器的发展
21世纪初:深度 学习的兴起,卷积 神经网络、循环神 经网络等新型网络 的涌现
近年来:自编码器 、生成对抗网络等 新型网络结构的出 现和应用
人工神经网络ANN的基本原理
神经元模型:模拟生物神经元的基本功能
人工神经网络ANN
汇报人:PPT
目录
人工神经网络ANN概 述
01
人工神经网络ANN的 组成结构
02
人工神经网络 ANN概述
什么是人工神经网络ANN
定义:人工神经网络(ANN)是一种模拟人脑神经元网络的机器学习算法 结构:由输入层、隐藏层和输出层组成,各层之间通过权重连接 学习方式:通过反向传播算法不断调整权重,使输出结果更加准确 应用领域:图像识别、语音识别、自然语言处理等
ann算法
ann算法
人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN),也简称神经网络,是众多机器学习算法中比较接近生物神经网络特性的数学模型。人工神经网络通过模拟生物神经网络(大脑)的结构和功能,由大量的节点(或称“神经元”,或“单元”)和之间相互联接构成,可以用来对数据之间的复杂关系进行建模。
一、每层由单元(unit)组成
二、输入层由训练集的实例特征向量传入
三、每个结点都有权重(weight)传入下一层,一层的输出是下一层的输入。
(根据生物学上的定义,每个单元成为神经结点)
四、以上成为两层神经网络(输入层不算)
五、每一层的加权求和,到下一层结点上还需要非线性函数激活,之后作为输出
六、作为多层前馈神经网络,如果由足够多的隐藏层,和足够大的训练集,理论上可以模拟出任何方程。
反向传输算法核心(backpropagation)
特点:
1、通过迭代来处理训练集中的实例
2、计算输入层预测值(predicted value)和真实值(target value)之间的差值error
3、反向传输(输出层->隐藏层->输入层)来最小化误差(error)来更新每个链接的权重(weight)
显然,对于神经网络而言,最重要的是能恰当配置好隐藏层和输出层神经元的权值和偏置。幸好的是,这个配置是由机器来做,而不是人类。使用神经网络的步骤一般为:
建立模型,按照业务场景建立网络结构,多少个输入神经元和输出神经元,多少层隐含层,层与层之间是全连接,还是部分连接等等。
训练模型,对于已经标记好的大量数据,将它们扔到神经网络中,神经网络通过预测输出与实际输出的差值来自动调整隐藏层和输出层神经元权值和偏置。
人工神经网络的原理和应用
人工神经网络的原理和应用
简介
人工神经网络(Artificial Neural Network,简称ANN)是一种基于生物神经网络结构和功能的计算模型,它通过模拟神经元之间的相互连接和信息传递来实现智能化的任务处理。本文将介绍人工神经网络的原理,包括神经元、权重及激活函数的概念,并探讨其在各领域中的应用。
人工神经网络的原理
人工神经网络由神经元(Neuron)、权重(Weight)和激活函数(Activation Function)三个核心组件构成。
神经元
神经元是人工神经网络的基本单元,它模拟生物神经元的结构和功能。神经元接受输入信号,通过加权求和和激活函数的运算,产生输出信号。一个神经网络通常包含多个神经元组成的输入层、隐藏层和输出层。
权重
权重表示神经元之间连接的强度,它决定了输入信号对输出信号的影响程度。在训练过程中,神经网络通过调整权重来逐步优化模型的性能。权重调整的方法有很多,常见的方法包括梯度下降法、反向传播算法等。
激活函数
激活函数对神经元输出信号进行非线性变换,帮助神经网络学习和处理更复杂的数据。常用的激活函数有sigmoid函数、ReLU函数等,它们可以将输入信号映射到一定的范围内,保证输出结果在合理的区间内。
人工神经网络的应用
人工神经网络在各个领域中都有广泛的应用。
图像识别
人工神经网络在图像识别领域中发挥重要作用。通过训练神经网络模型,可以实现图像分类、目标检测、人脸识别等任务。著名的卷积神经网络(Convolutional Neural Network,简称CNN)就是应用于图像识别领域的一种特殊类型的神经网络。
人脸特征点提取方法综述
人脸特征点提取方法综述
人脸识别技术近年来得到了广泛的应用和研究,其中人脸特征点提
取是其中一个重要的环节。人脸特征点的提取是通过计算机视觉技术
来识别和定位人脸上的一些特定关键点,如眼睛、鼻子、嘴巴等,从
而实现对人脸的准确识别和分析。本文将综述目前常用的人脸特征点
提取方法,包括传统方法和深度学习方法。
一、传统方法
传统方法主要基于图像处理和计算机视觉的技术,其中包括以下几
种常用的方法:
1. 形状模型方法:该方法将人脸特征点的定位问题转化为对特定形
状模型的拟合问题。常用的形状模型方法有主动外观模型(Active Appearance Models, AAM)和主动形状模型(Active Shape Models, ASM)等。这些方法通过建立人脸形状和外观的统计模型,利用模型拟合的
方式来定位人脸特征点。
2. 特征描述方法:该方法主要使用基于特征描述子的技术来提取人
脸特征点。其中最常用的是局部二值模式(Local Binary Patterns, LBP)和方向梯度直方图(Histogram of Oriented Gradients, HOG)方法。这些方法
通过对图像进行采样和特征描述,然后使用分类器来定位人脸特征点。
3. 模板匹配方法:该方法使用已标注的人脸图像作为模板,通过计
算图像之间的相似度来进行特征点的匹配定位。常用的模板匹配方法
有相似性变换算法(Similarity Transformation Algorithm, STA)和最小均
方误差算法(Minimum Mean Squared Error, MMSE)等。
结构方程模型与ann方法
结构方程模型与ann方法
结构方程模型(SEM)和人工神经网络(ANN)是两种不同的统计分析方法,它们在不同领域有着各自的优势和应用。下面我将从多个角度对它们进行比较和介绍。
首先,结构方程模型是一种多变量统计分析方法,用于检验和建模变量之间的关系,特别适用于验证理论模型。它可以同时考虑观察变量和潜在变量之间的关系,通过测量模型和结构模型来评估理论模型的拟合度。结构方程模型通常用于社会科学、心理学和经济学等领域,用于验证理论假设和研究变量之间的复杂关系。
而人工神经网络是一种模仿人脑神经元网络的计算模型,用于模式识别、分类和预测。它由输入层、隐藏层和输出层组成,通过学习样本数据来调整网络参数,从而实现对复杂非线性关系的建模和预测。人工神经网络广泛应用于机器学习、数据挖掘和人工智能等领域,特别适用于处理大规模、高维度的数据和复杂的非线性关系。
在方法论上,结构方程模型更注重理论模型的验证和因果关系的推断,它可以通过路径分析和因子分析等方法来检验变量之间的
直接和间接影响关系。而人工神经网络更注重模式识别和预测能力,它可以通过反向传播算法和深度学习技术来训练网络模型,从而实
现对未知数据的预测和分类。
在应用领域上,结构方程模型通常用于验证和建立理论模型,
例如研究人员可以通过SEM来验证心理学假设或经济学模型。而人
工神经网络通常用于处理大规模的复杂数据,例如金融领域可以利
用ANN来进行股票价格预测或风险评估。
综上所述,结构方程模型和人工神经网络是两种不同的统计分
析方法,它们在方法论和应用领域上有着各自的特点和优势。研究
人工神经网络
网络模型
前向网络
反馈Biblioteka Baidu络
网络中各个神经元接受前一级的输入,并输出到下一级,网络中没有反馈,可以用一个有向无环路图表示。 这种网络实现信号从输入空间到输出空间的变换,它的信息处理能力来自于简单非线性函数的多次复合。网络结 构简单,易于实现。反传网络是一种典型的前向网络。
网络内神经元间有反馈,可以用一个无向的完备图表示。这种神经网络的信息处理是状态的变换,可以用动 力学系统理论处理。系统的稳定性与联想记忆功能有密切关系。Hopfield网络、波耳兹曼机均属于这种类型。
发展趋势
人工神经网络特有的非线性适应性信息处理能力,克服了传统人工智能方法对于直觉,如模式、语音识别、 非结构化信息处理方面的缺陷,使之在神经专家系统、模式识别、智能控制、组合优化、预测等领域得到成功应 用。人工神经网络与其它传统方法相结合,将推动人工智能和信息处理技术不断发展。近年来,人工神经网络正 向模拟人类认知的道路上更加深入发展,与模糊系统、遗传算法、进化机制等结合,形成计算智能,成为人工智 能的一个重要方向,将在实际应用中得到发展。将信息几何应用于人工神经网络的研究,为人工神经网络的理论 研究开辟了新的途径。神经计算机的研究发展很快,已有产品进入市场。光电结合的神经计算机为人工神经网络 的发展提供了良好条件。
(4)非凸性一个系统的演化方向,在一定条件下将取决于某个特定的状态函数。例如能量函数,它的极值相 应于系统比较稳定的状态。非凸性是指这种函数有多个极值,故系统具有多个较稳定的平衡态,这将导致系统演 化的多样性。
人工神经网络基本原理
人工神经网络基本原理
人工神经网络(Artificial Neural Network,简称ANN)是一种模
拟生物神经系统的计算模型,通过神经元之间的连接和传递信息的方式来
进行计算和学习。它由大量的人工神经元(Artificial Neuron)组成,
每个人工神经元可以接收多个输入,经过激活函数的处理后,产生一个输出。这些神经元之间通过权重来调整信息的传递强度和方向,从而实现信
息的处理和模式的学习。下面是人工神经网络的基本原理和工作过程。
1.人工神经元的结构和工作原理
人工神经元是人工神经网络的基本组成单位,它模拟了生物神经元的
结构和功能。一个人工神经元接收多个输入信号,每个输入信号通过一个
权重进行加权,然后通过激活函数进行处理,最终产生一个输出信号。人
工神经元的结构可以表示为:y = f(Σ(w_i * x_i) + b),其中y表示输
出信号,x_i表示输入信号,w_i表示对应的权重,b表示偏置,f表示激
活函数。常用的激活函数有Sigmoid函数、ReLU函数等。
2.前向传播和反向传播
在人工神经网络中,信息的传递分为两个过程:前向传播(Forward Propagation)和反向传播(Backward Propagation)。
(1)前向传播:在前向传播过程中,输入数据通过一层一层的神经元,从输入层传递到输出层。每个神经元接收到上一层神经元的输出信号,并经过激活函数的处理产生一个新的输出信号。这个过程可以理解为信息
的正向流动。通过多次的前向传播,人工神经网络可以对输入数据进行非
线性的处理和抽象表示。
ann原理
ANN原理及其应用
介绍
人工神经网络(Artificial Neural Network,简称ANN)是一种仿生机制的人工智能模型,灵感来自于生物神经网络。ANN模型通过模拟神经元之间的连接和信息传递,以识别模式、进行分类和预测等任务。本文将详细解释ANN的基本原理,并探讨其在不同领域的应用。
1. 神经元和连接
ANN的基本组成单元是神经元,也称为节点或感知器。神经元接收输入信号,对其进行加权求和,并应用非线性激活函数来产生输出。神经元间通过连接进行信息传递,每个连接都具有一个权重,表示其重要性。
一个简单的神经元的数学模型如下:
output = activation_function(weighted_sum(inputs) + bias)
其中,inputs表示输入信号,weighted_sum表示加权求和的过程,bias是一个偏置项,用于调节神经元的灵敏度,activation_function是一个非线性函数,用于引入非线性特征。
2. 前向传播
ANN的前向传播是指从输入层到输出层的信息传递过程。在前向传播中,每个神经元接收来自上一层神经元的输出,并根据权重和激活函数计算其输出。这个计算过程可以表示为一个层层嵌套的过程。
假设有一个三层的ANN,输入层、隐藏层和输出层。其中,输入层没有任何计算,只是负责接收输入信号。隐藏层和输出层的神经元按照前面介绍的方式进行计算。整个前向传播的过程可以表示为:
output_layer = activation_function(hidden_layer_weights * hidden_layer_outputs + hidden_layer_bias)
电力系统负荷预测算法的研究与比较
电力系统负荷预测算法的研究与比较
随着电力系统规模的不断扩大和电力负荷的日益增长,准确预测电力负荷变化对于电力系统的稳定运行和优化调度至关重要。电力系统负荷预测算法是一种通过分析历史负荷数据和影响负荷变化的各种因素,来预测未来电力负荷的算法。本文将对目前常用的电力系统负荷预测算法进行研究与比较。
1. 传统统计方法
传统统计方法是最早被广泛应用于电力系统负荷预测领域的方法。这类方法主要基于历史负荷数据的统计特征,如平均值、方差、相关系数等,来预测未来负荷。常见的统计方法包括回归分析、时间序列分析和指数平滑法等。优点是简单易实现,但不考虑负荷的非线性特征,预测精度较低。
2. 人工神经网络方法
人工神经网络(ANN)方法是一种模仿人脑神经系统运作原理的计算模型,具有良好的非线性映射能力。在电力系统负荷预测中,ANN方法通过训练网络,学习负荷和影响因素之间的复杂关系,进而进行未来负荷预测。优点是能够处理负荷的非线性关系,但需要大量的数据进行训练,且网络结构的选择和参数调整较为困难。
3. 基于支持向量机的方法
支持向量机(SVM)是一种基于统计学习理论的机器学习方法,在电力负荷预测中也得到了应用。SVM方法通过建立非线性映射函数,将原始输入空间映射到高维特征空间,并在特征空间中找到一个最优超平面来进行分类或回归。其优点是能够处理高维数据和小样本数据,但对参数的选择较为敏感,且计算量较大。
4. 混合模型方法
混合模型方法是指将不同的预测算法进行组合,以提高预
测精度和稳定性。常见的混合模型方法包括模型组合、模型融合和加权平均法等。这些方法利用不同预测算法的优点,通过综合考虑各个算法的预测结果,得到更可靠的负荷预测结果。优点是能够充分利用各个算法的优势,但对模型的选择和参数的调整要求较高。
人工神经网络基本原理
人工神经网络基本原理
人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)是一种模拟人类大脑神经元工作方式的计算模型,由多个神经元节点相互连接而成。它可以通过学习和适应性调整来进行信息处理和模式识别。
人工神经网络由输入层、隐藏层和输出层组成。输入层接受外部输入信号,隐藏层用于处理这些信号,输出层则给出最终的输出结果。每个层中的神经元节点与下一层的节点相连接,并通过具有可调整权值的连接进行信息传递。每个神经元节点接收到输入信号后,会对其进行加权求和,并通过激活函数将结果转换为输出信号。
在训练过程中,人工神经网络根据输入样本和期望输出进行学习。通过调整连接权值,神经网络逐渐优化其输出结果,使得实际输出与期望输出之间的误差最小化。这一过程称为反向传播算法,通过梯度下降的方式,不断更新权值以逼近最优解。
人工神经网络具有较强的非线性拟合能力和自适应学习能力,可以用于解决分类、回归、模式识别等各种问题。它已经广泛应用于图像和语音识别、自然语言处理、金融预测、医学诊断等领域。
然而,人工神经网络也存在一些挑战和限制。例如,过拟合问题会导致网络在训练集上表现良好但在测试集上表现较差;训练时间较长,且需要大量的训练数据和计算资源;网络结构的选择和调优需要经验和专业知识。
总的来说,人工神经网络是一种模拟人脑神经元工作方式的计算模型,具有强大的非线性拟合能力和自适应学习能力。虽然存在一些挑战和限制,但它在许多领域中都有广泛应用和研究价值。
ann算法原理
ann算法原理
ANN算法原理
人工神经网络(Artificial Neural Network,简称ANN)是一种模拟人脑神经元之间信息传递和处理的数学模型。它基于大量的数据样本进行训练,通过学习和调整连接权值来模拟人脑的学习能力和智能行为。ANN算法的原理是通过构建多层的神经元网络,通过输入数据和权重的乘积得到输出结果,并通过反向传播算法不断调整权重,使得输出结果与实际值之间的误差最小化。
ANN算法的核心思想是模拟人脑神经元之间的相互连接和信息传递。神经元是ANN的基本单元,它接收来自其他神经元的输入,并通过激活函数将输入信号加权相加后输出。每个神经元与其他神经元之间的连接都有一个权重,这个权重决定了输入信号对神经元输出的影响程度。ANN通过调整这些权重来学习和适应输入数据的模式和规律。
ANN算法一般由三层构成:输入层、隐藏层和输出层。输入层接收外部输入数据,将其传递给隐藏层;隐藏层对输入数据进行加工处理,并将结果传递给输出层;输出层将隐藏层的结果转化为最终的输出结果。每个神经元在隐藏层和输出层都有一个激活函数,用来对输入信号进行处理和输出。常用的激活函数有Sigmoid函数、ReLU函数等。
ANN算法的训练过程主要分为两个阶段:前向传播和反向传播。在前向传播过程中,输入数据从输入层经过隐藏层传递到输出层,每个神经元根据输入信号和权重的乘积计算输出结果。在反向传播过程中,根据输出结果和实际值之间的误差,通过链式法则将误差逐层反向传播,并根据误差大小调整每个神经元之间的连接权重。这个过程迭代进行,直到达到预设的训练次数或误差达到一定的收敛值。
ANN神经网络介绍
基于FA 和RBF 人工神经网络算法(ANN)
ANN algorithm combined with FA-RBF
人工神经网络(ANN)主要是利用计算机网络对生物神经网络进行模拟智能计算,发展至今已经有60多年的历史了。研究学者已经提出了多种神经网络算法,并且在针对不同问题都有各自的优势。径向基函数神经网络(RBF)是一种具有单隐层的三层前向网络函数,能够使任何函数达到任何精度。ANN 有很好的特性,比如自适应能力,输出数据不依赖原始数据等。与BP 网络相比,RBF 网络具有更多的神经元细胞,但是RBF 的训练时间比BP 的更短。
就RBF 神经网络本身而言,大量的样本特征提供了充足的信息,同时它们也增加了处理数据的复杂度。如果它将所有数据都当作网络的输入,这样对设计网络是不利的,会占用更多的空间和计算时间,而且会导致更长的训练时间和训练结果的发散。因此,对原始数据进行预处理是很有必要,。从主成分分析法(PCA)中一般化得到的因子分析法(FA)就是一种数据预处理方法,这样就能结合FA 和RBF 方法对神经网络进行优化设计。
基于FA-RBF 的神经网络算法(ANN algorithm based on FA-RBF )
1.PCA 与FA
PCA 和FA 方法消除了不同指标分配、由数据分化引起的不可比性等,而且能保证数据的可靠性。它们不仅能够避免信息的冗余,而且还能克服决定权重的主观因素。这两个方法都要求协方差矩阵,通过相关系数矩阵判断变量之间的相关性,解决了相关系数矩阵的特征值和特征向量,它们的主要成分和因子都是不相关的。
人工神经网络的原理及优化方法
人工神经网络的原理及优化方法随着计算机技术的不断发展,人工智能技术也得到了长足的发展。人工神经网络作为人工智能技术的一个重要分支,广泛应用
于语音识别、图像识别、机器翻译等领域。本文将从人工神经网
络的原理入手,介绍人工神经网络的优化方法。
一、人工神经网络的原理
人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)是一种由神
经元和之间联系组成的网络结构,其基本结构类似于生物神经元。每个神经元接收来自其他神经元的信号,通过处理后输出信息到
下一层神经元。模拟了人脑神经元之间相互连接的模式。
在人工神经网络中,每个神经元都有权重和偏差值。权重决定
了该神经元的重要程度,而偏差值则可以对神经元的输出进行平移。神经元的输入信号经过加权处理,并加上偏差值之后,再通
过激活函数进行非线性变换。人工神经网络最终的输出结果,就
是所有神经元经过计算后的结果。
人工神经网络的训练过程,是利用已知数据集来调整神经网络
中的权重和偏差值,以使得神经网络的输出结果尽可能接近于真
实结果。常用的神经网络训练算法包括反向传播算法、遗传算法、模拟退火等。
二、人工神经网络的优化方法
人工神经网络的优化方法,旨在提高神经网络的准确性和泛化
能力。常用的优化方法包括以下几种:
1. 权重初始化
权重的初始化方案对神经网络的训练过程起着至关重要的作用。一般来说,权重应该随机初始化,以避免过拟合和局部最优解。
常用的权重初始化方法包括高斯分布、均匀分布、正交初始化等,其中正交初始化是一种使用较少的初始化方式。
2. 优化函数
优化函数是指在训练神经网络时,通过反向传播算法来更新权
人工神经元模型及学习方法
人工神经元模型及学习方法
人工神经网络(Artificial Neural Networks,ANN)模仿大脑的神
经系统,采用一种类似于大脑神经元相互连接的方式进行信息处理和学习。人工神经元是人工神经网络的基本单元,它模拟了生物神经元的特性,并
通过连接方式和权重调整来实现学习过程。下面将详细介绍人工神经元模
型及学习方法。
一、人工神经元模型
1.输入部分:人工神经元接收多个输入信号,每个输入通过权重进行
加权处理,并进行求和运算。
输入部分的计算公式可以表示为:$$ z = \sum_{i=1}^{n} (x_i
\cdot w_i) $$其中,$x_i$表示第i个输入信号,$w_i$表示对应的权重。
2. 传输函数:传输函数是人工神经元的非线性映射函数,用于对输
入部分的结果进行处理,使得输出结果可以更加符合实际需求。常见的传
输函数有sigmoid函数、ReLU函数等。
3.输出部分:传输函数的输出结果作为输出部分的输入,经过一定的
处理后,作为人工神经元的最终输出。处理方式可以是简单的二值化,也
可以是连续值的输出。
二、人工神经元模型的学习方法
2.无监督学习:在无监督学习中,我们使用未标记的数据来训练神经
网络。该方法主要用于聚类、降维等任务。常见的无监督学习算法包括自
组织映射算法、玻尔兹曼机算法等。
除了上述的学习方法外,还有一些其他的学习方法也值得一提。
3.强化学习:在强化学习中,模型通过与环境的交互来学习并优化自己的行为,以最大化累计奖励。常见的强化学习算法包括Q学习算法、蒙特卡罗方法等。
4.迁移学习:迁移学习是指将已经学习好的模型应用到新的任务上,从而加速新任务的学习过程。常见的迁移学习方法包括特征提取、网络微调等。
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Dendrite
树突
Cell body
Axon
Synapse
突触
Nucleus
(2)、计算模拟 人脑神经元既有局部的计算和存储功能,又通过联结构成统一 的系统,人脑的计算建立在该系统的大规模并行模拟处理基础 之上。 ANN以具有局部计算能力的神经元为基础,同样实现信息的大 规模并行处理。
Simon、Minsky和Newell等认为,人和计算机都是一个物理 符号系统,因此可用计算机的符号演算来模拟人的认知过程; 作为智能基础的知识是可用符号表示的一种信息形式,因此人 工智能的核心问题是知识表示、知识推理和知识运用的信息处 理过程。
符号主义对符号 系统的描述
人工智能的联结主义流派
又称仿生学派,认为人工智能源于仿生学,人思维的基本单 元是神经元,而非符号处理过程,主张用大脑工作模式取代符 号操作的电脑工作模式;
大脑复杂性的无限性
“你的大脑就像一个沉睡的巨人。” (英国的心理学家、教育家
托尼·布赞)
“如果我们迫使头脑开足1/4的马力,我们就会毫不费力地 学会40种语言,把整个百科全书从头到尾背下来,还可以完成 十几个大学的博士学位。”(前苏联学者伊凡)
——一个正常的大脑记忆容量有大约6亿本书的知识总量,相当于一部大 型电脑储存量的120万倍 ——大脑使你从出生开始每一秒钟可存储1000条信息,直到老死为止 ——全世界的电话线路的运作只相当于大约一粒绿豆体积的脑细胞 ——即使世界上记忆力最好的人,其大脑的使用也没有达到其功能的1%
人工智能
“人工智能(Artificial Intelligence)”
1956年初次引入
人工智能研究怎样用计算机模仿人脑从事推理、设计、思 考、学习等思维活动,以解决和处理较复杂的问题。
目的之一:增加人类探索世界、推动社会前进的能力
通过制造和使用工具来加强和延伸人类的生存、发展。
目的之二:进一步认识自己。
第六章
人工神经网络 (ANN)方法简介
§6.1 从生物神经元到人工神经网络
1、 生物神经系统和大脑的复杂性
生物系统是世界上最为复杂的系统。
生物神经系统活动和脑的功能,其复杂性是难以想象的。
大脑与神经细胞、神经细胞与神 经细胞构成了庞大天文数字量级的 高度复杂的网络系统。也正是有了 这样的复杂巨系统,大脑才能担负 起人类认识世界和改造世界的任务。
“世界上最大的未开发疆域,是 我们两耳之间的空间。”(美国汉 诺威保险公司总裁比尔·奥伯莱恩)
大脑的有关数据
① 人大脑平均只有3磅左右。 只占身体重量比例的1/30;
② 使眼睛可以辨别1000万种细 微的颜色; ③ 使肌肉(如果全部向同一个 方向运动)产生25吨的拉力; ④ 是由100亿个脑细胞和10兆 个神经交汇丛组成。整个大脑 的神经网络足足有10英里长。
“进化主义学派”、“控制论学派”;
认为人工智能来源于控制论,智能取决于感知和行动。提出 智能行为的“感知-动作”模式,采用行为模拟方法;
对符号主义、联结主义采取批判的态度;(智能不需要知识、 Hale Waihona Puke Baidu示和推理,只需要与环境交互作用)
80年代诞生智能控制和智能机器人系统学科(R. A. Brooks),为机器人研究开创了新的方法。
智能的本质是联结机制。神经网络是一个由大量简单的处理 单元组成的高度复杂的大规模非线性自适应系统;
“结构-功能”的研究方法:认为功能、结构和智能行为是 密切相关的;
1943年,McCulloch和 Pitts从神经元入手研究神 经网络模型——MP模型。 此为人工神经网络研究之 始。
人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)从四个方 面刻画人脑的基本特征:
对以上5个基本问题的不同回答已经形成3个主要的学术流派: 符号主义(Symbolicisim) 联结主义(connetionism) 行为主义(actionism)
人工智能的符号主义流派
即传统的人工智能,认为人工智能源于数理逻辑,主张以知 识为基础,通过推理来进行问题求解,在研究方法上采用计算 机模拟人类认知系统功能的功能模拟方法
用物化的智能来考察和研究人脑智能的物质过程和规律。
人工智能的3个主要流派
1991年,人工智能学家D. Krish在《Int. J. Artificial Intelligence》上提出人工智能的5个基本问题:
• 知识和概念化是否人工智能的核心? • 认知能力能否与载体分开来研究? • 认知的轨迹是否可以用类自然语言来描述? • 学习能力能否与认知分开来研究? • 所有的认识是否有一种统一的结构?
人类智能的具体含义
感知与认识客观事物、客观世界和自我的能力; 通过学习获得经验、积累知识的能力; 理解知识、运用知识和经验分析、解决问题的能力; 联想、推理、判断、决策的能力; 运用语言进行抽象、概括的能力; 以上5点是人类智能的基本能力。 发现、发明、创造、创新的能力; 实时、迅速、合理地应付复杂环境的能力; 预测、洞察事物发展、变化的能力。 以上3点是前5种能力新的综合表现形式。
人类的知识与智慧,仍是“低度开发”!人的大脑是个无 尽宝藏,可惜的是每个人终其一生,都忽略了如何有效地发挥 它的“潜能”——潜意识中激发出来的能量。
2、 人工智能及其三个学派
人类的梦想 重新构造人脑,并让其代替人类完成相应的工作。 (无数科幻故事) 探索智能的奥秘 智能(intelligence) “观察、学习、理解和认识的能力”(牛津大辞典) “理解和各种适应性行为的能力”(韦氏大辞典) 智能是个体有目的的行为、合理的思维、以及有效的适应环境 的综合能力;也可以说是个体认识客观事物和运用知识解决问 题的能力。
(3)、存储与操作 大脑对信息的记忆是通过改变突触的联结强度来实现并分布存 储。 ANN模拟信息的大规模分布存储。
(4)、训练 后天的训练使得人脑具有很强的自组织和自适应性。 ANN根据人工神经元网络的结构特性,使用不同的训练过程, 自动从“实践”(即训练样本)中获取相关知识,并存储在系 统中。
人工智能的行为主义流派