1人工神经网络模型
神经网络的模型和算法
神经网络的模型和算法人工智能领域中最流行的技术之一是神经网络。
神经网络是模拟神经系统对信息进行处理的一种模型。
它由多个相互连接的单元组成，形成图形结构，类似于人类神经系统。
神经网络经常被用于图像识别、语音识别和自然语言处理等应用领域。
本文将讨论神经网络的模型和算法。
神经网络的模型神经网络可以描述为由多个神经元单元组成的图形结构。
图形结构是由神经元单元之间的连接和对输入的响应特征定义的。
神经元单元可以被描述为一组输入和输出之间的特定函数。
神经网络的模型分为前向神经网络和反向神经网络。
前向神经网络根据输入数据的特征通过多个隐藏层传递信息，最终得到一个输出值。
反向神经网络则是通过输入和输出之间的关系来学习网络的参数。
反向传播算法被广泛地应用于训练多层前馈神经网络。
神经网络的算法神经网络的算法与其模型密切相关，下面将介绍几种常用的神经网络算法。
BP算法BP算法是一种反向传播算法，通过反向传播误差更新神经网络的权重和阈值，使得网络输出与期望输出之间的误差最小化。
BP算法分别计算输出层和隐含层的误差，然后反向传播误差，更新网络的权重和阈值。
Hopfield网络算法Hopfield网络算法是一种无监督学习模型，采用回馈结构，可以存储和检索模式。
Hopfield网络将重要的信息编码为状态向量，并选择一些不合法的状态，以期获得一些不同的结果。
Hopfield网络具有较好的容错性和大规模模式的处理能力。
自组织映射算法Kohonen SOM算法是一种无监督学习算法，可以进行数据降维和聚类分析。
该算法是基于映射的，将高维输入数据映射到低维输出层。
自组织映射算法将数据点映射到CRT图中的点，以发现数据库中存在的潜在结构。
总结神经网络作为人工智能工具之一，正在被应用于许多领域。
神经网络的模型和算法是其成功实现的关键。
本文介绍了几种常用的神经网络模型和算法，希望对读者理解神经网络提供一定的帮助。
人工神经网络1(第1,2章)
13
b、Hebb规则（无监督学习规则）
• 神经心理学家D.O.Hebb于1949年提出生物神经元学习的假设：“当 某一突触（连接）两端的神经元的激活同步时（同时兴奋或同时抑 制时），他们间的连接强度应增加，反之则减弱。” 0 S M 1 • 假设：具有代表性的、反映环境的一组样本M个： X X X • 每个样本由N个元素构成——X s x s x s x s 反映该样本的 0 1 N 1 s s xi xj 0 X 色的分布 特征 形状的分布 的· 质感的分布 0 1 i j N 1 s s xi s xj 等。 X
w x 可以由一个（n－1）维超平面S：
j 0 j
j
0
分开两类样本。
y
ω0 ω
1
ω j ω N-
x0 x1
…
…
1
使得训练后的权值满足： X R1 N 1 时： I w j x j 0
j 0
x j xN 1
X R2
I w j x j 0
一个静态的神经元模型
4
3、常用的功能函数
• （1）线性函数
f(u) 1
0、5
(3) s函数（又称sigmoid函数）
fs(u)
0
u 0
f (u ) u
f s (u )
1 1 e u
u
• (2)硬限幅函数（包括符号函数）
fh(u)
f (u ) sgn(u )
+1
0 -1 u
1
0 u
X M 1
xi
s
xj
《人工神经网络》课件
动量法：在梯度下降法的基础上，引入动量项，加速收敛速 度
添加项标题
RMSProp：在AdaGrad的基础上，引入指数加权移动平 均，提高了算法的稳定性和收敛速度
添加项标题
随机梯度下降法：在梯度下降法的基础上，每次只使用一个 样本进行更新，提高了训练速度
添加项标题
AdaGrad：自适应学习率算法，根据历史梯度的平方和来 调整学习率，解决了学习率衰减的问题
情感分析：分析文本中的情感 倾向，如正面评价、负面评价 等
推荐系统
推荐系统是一种基于用户历史行为 和偏好的个性化推荐服务
推荐算法：协同过滤、深度学习、 矩阵分解等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
应用场景：电商、社交媒体、视频 网站等
应用效果：提高用户满意度、增加 用户粘性、提高转化率等
Part Six
类型：Sigmoid、 Tanh、ReLU等
特点：非线性、可 微分
应用：深度学习、 机器学习等领域
权重调整
权重调整的目的：优化神经网络的性能 权重调整的方法：梯度下降法、随机梯度下降法等 权重调整的步骤：计算损失函数、计算梯度、更新权重 权重调整的影响因素：学习率、批次大小、优化器等
Part Four
《人工神经网络》PPT 课件
,
汇报人：
目录
01 添 加 目 录 项 标 题 03 神 经 网 络 基 础 知 识 05 神 经 网 络 应 用 案 例 07 未 来 发 展 趋 势 与 挑 战
02 人 工 神 经 网 络 概 述 04 人 工 神 经 网 络 算 法 06 神 经 网 络 优 化 与 改 进
深度学习算法
卷积神经网络（CNN）：用于图像处理和识别 循环神经网络（RNN）：用于处理序列数据，如语音识别和自然语言处理 长短期记忆网络（LSTM）：改进的RNN，用于处理长序列数据 生成对抗网络（GAN）：用于生成新数据，如图像生成和文本生成
岩石力学中的神经网络法
1 人工神经网络简介 2 人工神经网络模型 3 人工神经网络在岩体工程中的应用 4 神经网络法在岩爆中的应用
1 人工神经网络简介
• 人工神经网络是反映人脑结构及功能的一种数学抽象模型，用 数理方法和从信息处理的角度对人脑神经网络进行抽象，建立 某种简化模型，用大量神经元节点互连而成的复杂网络，模拟 人类进行思维与存储以及利用知识进行推理的行为。神经网络 不需要建立反映系统物理规律的数学模型，比其他方法更能容 忍噪声，并且具有极强的非线性映射能力，对大量非结构性、 非精确性规律具有自适应功能。 • 神经网络基于生物神经的模拟具有如下特点：1)自组织、自学 习、自适应和容错性；2)模糊的和随机的信息；3)能进行大规 模的并行处理；4)信息处理和信息存储合二为一。
• 3.6人工神经网络在地铁隧道工程中的应用 神经网络方法在隧道工程中主要用于预测隧道施工引起的 地表变形和隧道围岩的变形。
• 3.7人工神经网络在本构关系中的应用 谭云亮等建立了径向基函数神经而且逼近 速度快、稳定性好。
4 神经网络法在岩爆中的应用
基于MATLAB，采用三层BP网络结构， 选取地下硐室围岩最大切向应力与岩 石单轴抗压强度比值、岩石单轴抗压 强度和抗拉强度比值和岩石冲击性倾
向指数3个因素作为输入层神经元，
并将输入进行归一化。输入层取2个 神经元，以表示岩爆类型。
注：孟陆波,李天斌,王震宇.基于 MATLAB 神经网络工具箱的岩爆预测模型. 贾义鹏，吕 庆，尚岳全.基于粒子群算法和广义回归神经网络的岩爆预测.
• 3.4人工神经网络在边坡工程中的应用 边坡工程可以看成是开放式广义工程体系，其本身具有高 度的复杂性非线性，传统的线性化模型无法准确描述这种特性。 边坡稳定性受众多因素的制约，归纳起来主要有以下几方面 : 地形因素、岩体因素、地震作用、水的作用、人为因素等。各 影响因素与边坡的稳定性存在复杂的非线性关系。 • 3.5人工神经网络在基坑工程中的应用 用人工神经网络预测基坑变形主要有两类，一类是建立影 响基坑变形的各因素与位移间的神经网络模型。其二, 将变形 监测数据视为一个时间序列，根据历史数据找出系统演变规律， 对系统的未来发展趋势进行预测。
如何建立一个有效的神经网络模型
如何建立一个有效的神经网络模型神经网络模型是一种模仿人脑神经元工作原理的机器学习算法，已经在许多领域取得了重要的突破。
建立一个有效的神经网络模型是实现高准确度预测和良好泛化能力的关键。
本文将介绍一些关键步骤和技巧，以帮助您建立一个有效的神经网络模型。
1. 数据预处理数据预处理是神经网络模型构建的第一步，也是最重要的一步。
首先，需要对数据进行清洗，去除异常值和缺失值。
然后，对数据进行标准化或归一化处理，以确保特征之间的数值范围一致，避免某些特征对模型的影响过大。
此外，还可以考虑对数据进行降维处理，以减少特征的数量，提高模型训练效率。
2. 构建模型架构在构建神经网络模型时，需要确定模型的架构，包括层数、每层的神经元数量、激活函数等。
通常，较深的网络可以提供更好的拟合能力，但也容易出现过拟合的问题。
因此，在选择模型架构时需要权衡拟合能力和计算效率。
此外，选择合适的激活函数也是很重要的，不同的激活函数适用于不同的问题。
3. 选择优化算法优化算法对于神经网络模型的训练十分重要。
常用的优化算法包括随机梯度下降（SGD）、动量法、Adam等。
在选择优化算法时，需要考虑模型的收敛速度和泛化能力。
同时，还可以尝试不同的学习率和批量大小，以找到最佳的训练参数。
4. 正则化和防止过拟合过拟合是神经网络模型常见的问题之一，为了防止过拟合，可以采用正则化技术。
常用的正则化技术包括L1正则化、L2正则化和dropout。
正则化可以通过增加模型的复杂度惩罚项，减少模型对训练数据的过度拟合。
此外，还可以使用交叉验证技术来评估模型的泛化能力，并选择最佳的模型参数。
5. 超参数调优超参数是指在模型训练过程中需要手动设置的参数，如学习率、批量大小、正则化参数等。
调优超参数是建立有效神经网络模型的关键步骤之一。
可以使用网格搜索或随机搜索等方法来寻找最佳的超参数组合。
此外，还可以使用自动调参工具，如贝叶斯优化算法，来加速超参数的搜索过程。
1.神经网络
人工神经网络人工神经网络（Artificial Neural Network-ANN），简称为神经网络（NN）：是以计算机网络系统模拟生物神经网络的智能计算系统，是对人脑或自然神经网络的若干基本特性的抽象和模拟。
生物神经系统1生物神经元●树突：接受刺激并将兴奋传入细胞体；每个神经元可以有多个；●轴突：把细胞体的输出信号导向其他神经元；每个神经元只有一个；●突触：是一个神经细胞的轴突和另一个神经细胞树突的结合点。
神经元的排列和突触的强度确立了神经网络的功能。
神经元主要由细胞体、树突、轴突和突触组成。
每个神经元约与104-105个神经元通过突触联接。
突触A B生物神经元1.1 生物神经网生物神经网络的六个基本特征：1）神经元及其联接；2）神经元之间的联接强度决定信号传递的强弱；3）神经元之间的联接强度是可以随训练改变的；4）信号可以是刺激作用的，也可以是抑制作用的；5）一个神经元接受的信号的累积效果决定该神经元的状态；6)每个神经元可以有一个“阈值”。
2019/6/107生物神经元人工神经元抽象1+n i i i v w x b==∑()y f v =1.2 人工神经网阈值M-P模型●w称为权重（weight）,一个input(输入)都与一个权重w相联系；如果权重为正，就会有激发作用；权重为负，则会有抑制作用.●圆的‘核’是一个函数，确定各类输入的总效果，它把所有经过权重调整后的输入全部加起来，形成单个的激励值。
1n i i i v w x b==+∑()y f v =●阈值/偏置：决定神经元能否被激活，即是否产生输出。
●激活函数/传递函数/转移函数：神经元的信息处理特性，对所获得的输入的变换。
()y f v=1,0()0,0x f x x ≥⎧=⎨<⎩1n i i i v w x b ==+∑1()n i i i f y w x b ==+∑单层感知器☐感知器的模式识别超平面（分类边界）是：1Ni i i w x b =+=∑11220w x w x b ++=当N维数是2是，分类的超平面是一条直线☐感知器实质是一个分类器。
第一课 概述 人工神经网络理论及应用 教学课件
生物神经网络特点III——信息与处理合一
大脑对信息的分布存储和并行处理不是相互独立 的，而是相互融合的；即每个神经元都兼有信息 处理和存储功能。
神经元的连接强度的变化，既反映了对信息的记 忆，又与神经元对激励的响应一起反映了信息的 处理；
大脑对信息的提取，是寻找与处理过程的融合 cmp 计算机线寻址再存取
神经网络发展历史：复兴期
标志：1982 Hopfield解决TSP问题 1986 Rumelhart和McClelland BP 计算机的大众化和计算技术的迅速普及 新型神经网络提出
RBFN FNN Hopfield网络 Boltzman机
神经网络应用
在各个行业均有应用，擅长的有： 模式识别 人工智能 控制工程 优化分析和联想记忆 信号处理
神经网络应用——控制工程
完成复杂非线性对象的控制，NN应用包括： 模型辨识 自适应控制：控制器自适应改变 改进PID控制：自动调整PID参数 鲁棒控制 模糊控制：模糊神经控制
神经网络应用——优化计算
用于在大量、复杂的搜索空间内寻找最优解 系统规划 组合优化 智能交通管理 货物调度 航班分配
人工神经网络理论及应用
1. 概述
屈桢深
哈尔滨工业大学
主要内容
引子：神经网络特点 发展历史 应用 模型、结构与学习算法 关于课程
神经网络特点——引子
一小段视频 (“The Matrix”, 1998)；
问题：机器是否能模拟人的思维？ 如果有一天，机器能够模拟人的所有感觉电
信号，并且具有决策判断能力，那么如何定 义“智能？”
神经网络应用——信号处理
主要用于自适应信号处理，NN应用包括 自适应滤波； 自适应编码； 系统辨识(和控制领域交叉)； 故障诊断(和人工智能领域交叉)； 信号估计和特征提取 弱信号检测
ELM概述
1 人工神经网络概述人工神经网络(Artificial Neural Networks, ANNs)作为机器学习领域非常经典和实用的学习算法,在很多应用领域已经得到了广泛应用. 1943年, W.S. McCulloch和W. Pitts开创性的提出了一种服从兴奋和抑制变化的M-P模型.1969年, M. Minsky等人在充分考虑已有的神经网络系统的优劣点之后,在撰写的《Perceptron》中指出了已有感知器在处理一些具体问题中的不足之处. J. J.Hopfield在其构建的网络模型中引入了“计算能量”概念,并且对构建网络进行了稳定性分析,极大地推进了神经计算的发展.如今,人工神经网络已经有自组织映射、反馈网络和Hopfield网络等近40种模型,每种网络模型都有着各自的特点.人工神经网络的研究已经得到许多学者的广泛关注,作为人工智能和机器学习的一个重要的组成部分,相应的网络结构和优化算法也日趋完善.人工神经网络是利用仿生学原理构建的用于信息处理的数学模型,能够很好的模拟大脑神经系统的信息传播机制.该网络模型是按照一定的规律由许多隐层节点(神经元)相互连接而成,通过神经元相互作用的动态过程来完成信息处理.每个节点处均设置有一个加和器和一个激活函数(Activation Function),相邻隐层之间的节点通过权值(连接权)连接.这种网络通过增加隐层数和每层神经元个数来提高网络复杂程度,并通过调整相应的连接权值来达到处理信息的目的.在大多数网络模型中,节点间的权值是借助特定的优化算法,通过迭代的方式来最终确定的.网络的迭代通常是在达到一定的训练精度或者一定的迭代次数上限时终止.于此同时,网络的连接权值也最终确定,该过程也可以认为是构造的人工神经网络的“记忆”过程.这样就达到了用网络参数学习的方法来模拟给定样本输入和输出之间的潜在规律的效果,然后利用已得到的网络对该类型的其它数据进行预测,也称之为网络的泛化过程.以下列举了神经网络的几个特征:(1)自适应和自组织能力:在网络参数的优化过程中,通过特定的算法来调节连接权,从而达到学习样本输入和输出之间潜在关系的目的,并利用训练得到的网络,对同类型的测试样本输出进行预测.(2)泛化能力:如果选取的训练样本分布比较均匀,并且数量足够.一般情况下,得到的网络就有很好的预测能力和泛化效果.(3)非线性映射能力:在其他的经典方法中,处理复杂问题(特别是已知信息量较少的情况下)时,效果欠佳.而神经网络中,特别是在选取适当的激活函数的情况下,可以再对未知的样本输入和输出之间潜在关系没有太多了解的情况下,达到很好的稳定的泛化效果.(4)高度并行性:该特点并未得到所有学者的肯定,但是人工神经网络是利用仿生学原理,从生物神经系统的信息传播机制抽象得到的数学模型.人在日常生活中可以同时去做许多事,从模拟的层面来讲,高度并行性也应该能够在人工神经网络的工作机制中得到体现.2 ELM 算法概述由于传统的人工神经网络中,网络的隐层节点参数是通过一定的迭代算法进行多次优化并最终确定的。
人工神经网络与深度学习
人工神经网络与深度学习人工神经网络与深度学习已经成为计算机科学领域的研究热点，随着大数据技术的逐步发展，它正在日益得到广泛的应用。
人工神经网络作为一种模拟人类大脑思维方式的模型，已经成功应用于图像识别、语音识别、自然语言处理、机器翻译等众多领域；而深度学习则是一种基于多层神经网络的机器学习算法，它可以自动从数据中提取特征，并能够自然地处理高维度、复杂的数据。
一、人工神经网络人工神经网络是由一组人工神经元通过彼此之间的连接连接形成的一种网络结构。
这些神经元可以根据输入信号的不同强度产生相应的输出信号，并将输出信号传送到下一层神经元中，最终输出的信号可以被用于判断和分类。
与传统的基于规则的计算模型不同，人工神经网络基于数据进行学习，能够在没有明确规则的情况下自我学习和自我优化。
人工神经网络的训练基于反向传播算法，通过不断调整神经元之间的连接权重实现网络的学习和优化。
在人工神经网络的训练过程中，我们需要对输入数据进行适当的处理和归一化，并将数据划分为训练集、验证集和测试集。
在训练集上进行反向传播算法的迭代求解，直到误差达到一定的小值，此时网络模型便可以用于对新的数据进行预测和分类。
人工神经网络的应用非常广泛，尤其是在图像识别、语音识别、自然语言处理、机器翻译等领域具有非常大的潜力。
例如，在图像识别的应用中，我们可以使用多层的卷积神经网络来提取图像特征，并通过池化和非线性激活函数来降低特征维度，最终由全连接层进行分类输出。
二、深度学习深度学习是基于多层神经网络的一种机器学习算法，其目的是从数据中自动提取特征，实现自然、高效的学习和分类。
与传统的机器学习方法相比，深度学习具有更强的泛化能力和适应性，可以处理更加复杂、高维度的数据。
在深度学习中，我们可以构建包含多个隐藏层的神经网络，使用反向传播算法对网络参数进行优化，从而实现网络模型的自适应学习和特征提取。
深度学习在图像识别、语音识别、自然语言处理、机器翻译等领域得到了广泛的应用和研究。
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。
人工神经网络的算法
人工神经网络的算法
人工神经网络（Artificial Neural Network，ANN）是一种仿照生物神经网络原理构建的计算模型, 是指模仿人脑神经元结构，建立一种模糊推理的模型。
它由大量的神经元及其之间的连接构成，模仿人的大脑、神经系统的思维方式，可以处理模糊、多变、复杂的信息。
人工神经网络的基本结构包括神经元、联络和权重三要素。
神经元的工作原理：每个神经元都有很多杆，它们从其它神经元获取输入信号，并加权聚合，然后将聚合后的信号输出给其它神经元。
联络用于连接不同的神经元，而权重则用于每一个联络信号的加权。
人工神经网络的学习阶段是该网络内部的参数按照一定的机制（如误差反向传播算法）进行调整更新，使其输出的结果是一道题给出的解，使其在一定的范围内尽可能贴近正确答案的过程。
学习主要通过调整连接权重来完成，即为神经元连接权重设置有效值，从而使输出介于正确答案之间，从而达到最佳解的目的。
学习的结果可以决定网络的计算结果，也可以决定网络的性能，这就是学习算法的目的。
通常，学习算法的目标是最小化网络的总体损失，通过更新权重和偏置来增加网络的性能。
此外，人工神经网络还可以实现训练和参数压缩。
武汉理工大学智能控制大作业
智能控制理论与技术设计报告学院自动化学院专业控制科学与工程班级1303姓名聂鹏指导教师徐华中2014 年 2 月20 日武汉理工大学硕士研究生试题课程名称：智能控制理论与技术专业：双控1303班学号：1049721303692 姓名：聂鹏一、简答题（每小题10分）1．智能控制由哪几部分组成？各自的特点是什么？答：智能控制系统由广义对象、传感器、感知信息处理、认知、通信接口、规划和控制和执行器等七个功能模块组成；各部分的特点是：广义对象——包括通常意义下的控制对象和外部环境；传感器——包括关节传感器、力传感器、视觉传感器、距离传感器、触觉传感器等；感知信息处理——将传感器得到的原始信息加以处理；认知——主要用来接收和储存信息、知识、经验和数据，并对它们进行分析、推理，作出行动的决策，送至规划和控制部分；通信接口——除建立人机之间的联系外，还建立系统各模块之间的联系；规划和控制——是整个系统的核心，它根据给定的任务要求、反馈的信息以及经验知识，进行自动搜索，推理决策，动作规划，最终产生具体的控制作用；执行器——将产生的控制作用于控制对象。
2. 智能控制是在什么背景下产生的？答:传统控制理论在应用中面临的难题包括:(1) 传统控制系统的设计与分析是建立在精确的系统数学模型基础上的,而实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等,一般无法获得精确的数学模型。
(2) 研究这类系统时,必须提出并遵循一些比较苛刻的假设,而这些假设在应用中往往与实际不相吻合。
(3) 对于某些复杂的和包含不确定性的对象,根本无法以传统数学模型来表示,即无法解决建模问题。
(4) 为了提高性能,传统控制系统可能变得很复杂,从而增加了设备的初投资和维修费用,降低系统的可靠性。
传统控制理论在应用中面临的难题的解决,不仅需要发展控制理论与方法,而且需要开发与应用计算机科学与工程的最新成果。
人工智能的产生和发展正在为自动控制系统的智能化提供有力支持。
如何构建一个简单的神经网络模型
如何构建一个简单的神经网络模型【这是一个简单的神经网络模型的构建方法】神经网络是一种模仿人类大脑神经系统运行机制的计算模型，被广泛应用于机器学习和人工智能领域。
下面将介绍如何构建一个简单的神经网络模型，并通过一个示例来说明其工作原理。
一、神经网络模型的基本构建要构建一个简单的神经网络模型，需要考虑以下几个方面：1. 网络结构：神经网络由输入层、隐藏层和输出层组成。
输入层接收外部信息，输出层输出结果，隐藏层用于处理中间信息。
根据实际问题需要，可以选择不同的层数和节点数。
2. 权重和偏置：网络中的连接权重和节点偏置是神经网络的参数。
初始时可以随机设置，然后通过训练来优化它们。
3. 激活函数：在每个节点上应用激活函数，将输入转换为输出。
常用的激活函数有Sigmoid、ReLU等。
4. 损失函数：用于衡量网络输出与真实结果的差距，并作为优化目标。
常见的损失函数有均方误差、交叉熵等。
5. 优化算法：通过梯度下降等优化算法，更新权重和偏置，使损失函数最小化。
二、示例：手写数字识别我们以手写数字识别为例，演示一个简单的神经网络模型的构建方法。
1. 数据准备收集并准备手写数字图片数据集，每张图片的像素值作为输入，对应的数字作为标签数据。
2. 网络结构我们选择一个简单的三层结构，输入层有784个节点（28*28像素），隐藏层有256个节点，输出层有10个节点（数字0~9）。
3. 权重和偏置初始化初始化网络中的权重矩阵和偏置向量，可以选择随机初始化或者其他方法，如Xavier初始化。
4. 前向传播通过输入层的数据与权重矩阵相乘，并加上偏置向量，经过激活函数后得到隐藏层的输出。
再将隐藏层的输出与隐藏层到输出层的权重矩阵相乘，加上输出层的偏置向量，并经过激活函数后得到输出层的输出。
5. 损失计算将输出层的结果与标签数据进行对比，计算损失函数的值。
6. 反向传播根据损失函数的值，通过梯度下降算法反向传播误差，更新权重和偏置，不断迭代优化模型。
人工神经网络作用
要点三
CycleGAN
循环一致生成对抗网络（CycleGAN） 主要用于图像风格迁移任务。 CycleGAN通过引入循环一致性损失 （Cycle Consistency Loss），使得生 成的图像在保留原图像内容的同时，具 有目标风格的特点。CycleGAN无需成 对的数据集即可实现风格迁移，具有广 泛的应用前景。
图像风格迁移
利用GAN可以实现不同风格之间的图像迁移。例如，将一幅普通照片转换为具有艺术风 格的画作，或者将一种风格的图像转换为另一种风格的图像。这类应用可用于艺术创作、 图像处理等领域。
06 深度强化学习与智能决策
深度强化学习基本原理及结构特点
深度强化学习基本原理
通过结合深度学习的感知能力和强化学习的决策能力，构建能够从高维原始输入 数据中学习并作出决策的智能体。
了深度较大的网络结构。
ResNet
通过引入残差学习思想，解决了深 度神经网络训练过程中的梯度消失 问题，使得网络可以更加深入地学
习特征。
计算机视觉任务中CNN应用
图像分类
卷积神经网络可用于图 像分类任务，如识别图 像中的物体、场景等。
目标检测
图像分割
视频分析
通过卷积神经网络对图像中 的目标进行定位和分类，如 人脸检测、车辆检测等。
现状
目前，人工神经网络已经成为人工智能领域最重要的技术之 一，广泛应用于计算机视觉、自然语言处理、智能推荐、语 音识别等领域，并在医疗、金融、教育等行业中发挥着越来 越重要的作用。
应用领域及前景展望
要点一
应用领域
人工神经网络在图像识别、语音识别、自然语言处理、智 能推荐等领域有着广泛应用。例如，在图像识别领域，通 过训练深度卷积神经网络可以实现图像分类、目标检测等 任务；在语音识别领域，利用循环神经网络可以实现语音 信号的自动识别和转换；在自然语言处理领域，基于深度 学习的自然语言模型可以实现文本生成、情感分析等功能 。
人工智能开发技术中的神经网络模型介绍
人工智能开发技术中的神经网络模型介绍人工智能开发中的神经网络模型介绍一、引言在如今快速发展的人工智能领域，神经网络模型起着重要的作用。
神经网络是一种模拟人脑神经元网络的计算模型，其广泛应用于图像识别、自然语言处理、智能机器人等领域。
本文将介绍几种常见的神经网络模型，探讨其原理和应用。
二、前馈神经网络(FNN)前馈神经网络是一种最基本的神经网络模型，其由输入层、隐藏层、输出层组成，信息流只能从输入层经过隐藏层最终到达输出层。
在前馈神经网络中，信息只能前向传播，没有反馈回路。
这种结构使前馈神经网络适用于分类、回归等任务。
三、卷积神经网络(CNN)卷积神经网络是一种专门用于处理具有网格结构数据的神经网络模型。
与前馈神经网络不同，卷积神经网络在隐藏层中引入了卷积运算和池化操作，可以有效地提取输入数据中的局部特征。
因此，卷积神经网络在图像识别、目标检测等领域取得了巨大成功。
四、循环神经网络(RNN)循环神经网络是一种在时间序列数据上展开的神经网络模型。
在隐藏层中，循环神经网络引入了循环连接，使网络能够处理序列数据之间的依赖关系。
与前馈神经网络和卷积神经网络不同，循环神经网络可以通过时间反向传播，从而能够处理具有动态变化的数据，如语音识别、机器翻译等任务。
五、深度神经网络(DNN)深度神经网络是指具有多个隐藏层的神经网络模型。
深度神经网络的优势在于可以从数据中学习更高级的特征表示，从而提高模型的性能。
深度神经网络的训练常常使用反向传播算法，通过最小化损失函数来优化网络参数。
近年来，深度神经网络在计算机视觉、自然语言处理等领域取得了令人瞩目的成果。
六、生成对抗网络(GAN)生成对抗网络是由生成器网络和判别器网络组成的两个对抗性的神经网络模型。
生成器网络试图生成逼真的样本，而判别器网络则试图区分真实样本和生成样本。
生成器和判别器网络通过交替训练，不断提高自己的能力。
生成对抗网络在图像生成、文本生成等任务上取得了令人惊艳的成果。
一种人工神经网络的数字电路实现方法
一种人工神经网络的数字电路实现方法1 介绍人工神经网络人工神经网络（ANN）是一种模仿人脑神经活动而建立的一种神经网络架构。
它利用神经元对外部输入进行处理，并对这些输入做出反应。
这种网络结构可以模拟真实神经元网络的行为，使其能够解决问题，预测指标和做决策等。
传统人工神经网络由三层结构组成，其中包括输入层、隐藏层和输出层。
输入层包含接收信号的神经元，而隐藏层的神经元连接着输入层，帮助从输入信息中获取隐藏的模式，从而处理出最终结果。
输出层的神经元接收隐藏层的信号，并根据给定的任务做出响应的输出。
2 数字电路实现ANN在传统的计算机系统中，ANN十分依赖计算机来完成处理速度和内存的需求，但在充分发挥ANN特性时，实时性和灵活度也有所限制。
为了解决这一问题，数字电路实现ANN被提出，将ANN中的神经元状态转化为数字电路。
具体来说，人工神经网络通过数字电路实现，每个神经元将被编码成一组逻辑门，而每个逻辑门又是一个由可编程门阵列（FPGA）或者可用的逻辑元件实现的小的电路块。
另一方面，由于ANN的神经元状态及其间的连线可由这些电路块表示，因此较弱的连接也可以实现，从而提升可扩展性，收到新鲜信息时，可以随时扩展ANN处理更多的数据而不必编写新的程序。
3 优缺点通过采用数字电路实现ANN，使其能够在有限的时间内获取及处理大量的数据，从而改进模型的期望性能。
它对未知数据的反应速度快，可以实现实时反应，并具有可扩展性和可编程性。
然而，过程中可能会出现错误，例如计算误差等，因此必须严格定义ANN和输入数据的范围以确保准确性。
另外，数字电路实现ANN还受到硬件资源和计算能力的限制，这也限制了ANN的应用范围。
4 总结总之，数字电路实现ANN是一种通过利用可编程门阵列和可用的逻辑元件来处理ANN神经元状态的有效方法，具有快速反应、可扩展性和可编程性等优点，但其计算能力受限，可能出现错误，在实现过程中要严格定义ANN和输入数据的范围以确保准确性。
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乙：还是听 听再说……
n yi f ( xi ) f wij pi i j 1
What’s this？
Don’t ask me
Wait……….. I don’t know!
It’s a plane.
问题：
为什么100天的小孩没有 成人一样的识别能力呢？
W(k 1) W(k ) epT
b(k 1) b(k ) e
感知器的MATLAB仿真
单层感知器的MATLAB仿真主要步骤： 以newp创建感知器神经网络 以train训练所创建的网络 以sim对训练后的网络进行仿真
单层感知器应用实例 设计一单层单输出感知器神经网络，进行 二值化图像卡片上数字0-9的奇偶分类。
1
010 010 010 010
0
111 101 101 111
感知器的MATLAB仿真
问题分析 从数字1和0的二值化图像卡片可以看出， 每一个图像卡片可以分成43的矩形方块，假设 每个小方块有数字的笔画划过（即在小方块内 二值图像元素的值至少有一个不为0），则记为 1，否则记为0，那么图像卡片上所有小方块表 达了有0、1二值组成的一个模式（或向量）， 可以作为感知器神经网络的输入向量。 如果我们设计的感知器神经网络使得网络 的输出在图像卡片上的数字为奇数时输出为0， 偶数时输出为1，则可以完成其奇偶分类。
感知器的学习规则
从 规则中可以看出，感知器神经网络的训练， 需要提供训练样本集，每个样本由神经网络的输 入向量和目标向量对构成，n个训练样本构成的 训练样本集为：
{p1 , t1},{p 2 , t 2 },,{p n , t n },
每一步学习过程，感知器神经元的权值阈值进 行调整的算法可表示为：
神经网络的软件仿真系统
基于传统计算机的软件仿真系统，通用性强， 为用户研究和设计神经网络提供了很好的开发平 台，因而被迅速推广。
最有代表性的神经计算商用软件有： RCS：1987年，Rochester 大学研制 P3：1986年，Ziper & Rabin 研制 MIRRORS：1988年， Maryland 大学研制 Neural Networks：1989年，Neural Ware公司 GKD：1990年，国防科技大学研制
关于神经网络的实现技术
神经网络的实现技术可以分为全硬件实现和虚 拟实现两个方面。 全硬件实现研究的核心是神经器件的构造，其 主要研究方向有： 电子神经芯片的研究 光学神经芯片的研究 分子/生物神经芯片的研究
虚拟实现主要分为以下几类： 传统计算机上的软件仿真 神经计算的多机并行实现 神经网络加速器
1,1 S1 ,R
1 bS1
n
1 S1
a1 1 S
S1 1
S1
感知器神经网络特点
阈值型传输函数
甲：什么是 感知器？ 乙：我在网 上看见……
单层网络
只适于解决线性可分问题
感知器神经网络的学习 训练：权值和阈值的调整过程被称为“训练”。 学习：神经网络在训练的过程中，便学到了把 输入空间影射到输出空间的能力，称之为神经网 络的“学习”，调整权值和阈值的算法称之为学 习规则或训练算法。
膜电位加权：突触使神经细胞的膜电位 发生变化，且电位的变化是可以累加的， 该神经细胞膜电位是它所有突触产生的电 位加权，当该神经细胞的膜电位升高到超 过一个阈值时，就会产生一个脉冲，从而 总和的膜电位直接影响该神经细胞兴奋发 放的脉冲数。
突触延迟：突触传递信息需要一定的延 迟，对温血动物，延迟时间为0.3~1.0ms。
MATLAB Neural Network Toolbox
Neural Network Toolbox4.0.2包含了170多种 工具箱函数，另外还提供了神经网络动态仿真环 境SIMULINK，允许用户自定义神经网络和自 定义网络函数。 在MATLAB神经网络仿真程序的设计中， 主要用到以下几个方面的NN Toolbox函数： 神经网络的创建/设计函数 初始化函数 训练/学习函数 网络仿真函数
smell
taste
seeing
大脑的组织结构和功能是人体器官中 最为复杂的，它接受外界信号、产生感觉、 形成意识、进行逻辑思维、发出指令产生 行为，掌管着人们的语言、思维、感觉、 情绪、运动等高级活动。
虽然人们还并不完全清楚生物神经网络是如 何进行工作的，但幻想构造一些“人工神经元”， 进而将它们以某种方式连接起来，以模拟“人脑” 的某些功能。 早在1943年，心理学家W. McCulloch和数学 家W. Pitts合作，从数理逻辑的角度，提出了神经 元和神经网络最早的数学模型（MP模型），标志 着神经网络研究的开端。 半个多世纪以来，神经网络经历了萌芽期、第 一次高潮期、反思低潮期、第二次高潮期、再认识 与应用研究期五个阶段。目前，神经网络已成为涉 及计算机科学、人工智能、脑神经科学、信息科学 和智能控制等多种学科和领域的一门新兴的前沿交 叉学科。
2 b2
2 lwS ,21,S1
2 n2
f2
2 nS 2
pR
iw 1,11, R S
1 bS1
n11 S
a1 1 S
f
1
2 aS 2
2 bS 2
f2
简单公式中的复杂问题
n yi f ( xi ) f wij pi i j 1
人工神经网络的分布式存储是如何实现的？ 信息分布存储在众多神经元的权值和阈值中。 神经元的权值和阈值是如何确定的？ 人工神经网络的学习与训练。
MATLAB及其工具箱
目前主要的工具箱（续）： Instrument Control Toolbox Mapping Toolbox Model-Based Calibration Toolbox Predictive Control Toolbox Neural Network Toolbox Optimization Toolbox Differential Equation Toolbox Signal Processing Toolbox System Identification Virtual Reality Toolbox Wavelet Toolbox
MATLAB及其工具箱
MATLAB 是 Math Works 公司于1982年推出 的一套高性能的数值计算的可视化软件，意为 “矩阵实验室”（MATrix LABoratory）。其强 大的扩展功能为各个领域的应用提供了基础，由 各领域的专家学者相继推出了各种MATLAB工 具箱。目前主要的工具箱包括： Communications Toolbox Control System Toolbox Filter Design Toolbox Fuzzy Logic Toolbox Image Processing Toolbox
生物神经元
神经末梢与突触：轴突末端有许多细的分枝， 轴突：神经元从细胞体伸出一根粗细均匀、表 称之为神经末梢，每一条神经末梢可以与其它神 树突：从细胞体延伸出象树枝一样向四处分散 面光滑的突起，长度从几个m到1m左右，称为 经元连接，其连接的末端称之为突触。其功能是 开来的的许多突起，称之为树突，其作用是感受 轴突，它的功能是传出从细胞体来的神经信息， 将轴突传出来的信息传给其它神经细胞，相当于 其它神经元的传递信号，相当于信息的输入通道。 相当于信息的输出通道。 信息的输入/输出接口。
神经元的传输函数代表什么含义？它对神经元和 神经网络有什么影响？ 传输函数表示了神经元对输入信号加权的响应。 不同的传输函数，代表不同的神经元模型，进而 影响神经网络的结构。
ANN定义
人工神经网络（ANN — Artificial Neural Networks）是采用可物理实现的系统来模仿人脑神 经细胞结构和功能的系统。 从生物神经网络到人工神经网络的探索，虽然 经历了半个多世纪的里程，但探究大脑—思维—计 算之间的关系还刚刚开始，关于脑的计算原理及其 复杂性；关于学习、联想和记忆过程的机理及其模 拟等方面的研究道路还十分漫长。 未来的脑科学将加强与行为科学、认知科学和 信息科学的联系。脑科学与信息科学及技术的结 合将引起以脑为中心的科技革命 智能革命!
信号可以是起刺激作用的，也可以是起抑制作用的， 即连接权的值（权值）可正、可负
每个神经元有一个阈值 神经元可以对接受的信号进行累积（加权）
神经元的兴奋程度（输出值的大小），取决于其传输 函数及其输入（输入信号的加权与阈值之和）
人工神经元的一般模型
甲：讲了半天， 人工神经元就 是一个公式！ 太简单了吧？
即 便 是 Pentium-II 微处理器，其时钟频 率 也 高 于 200MHz 。 相反地，一个神经元 的脉冲发放率典型值 仅 仅 在 100Hz的 范 围 内。计算机要快上百 万倍！但为何大脑能 够瞬间完成对飞机图 像的识别，计算机反 而对此的反应却如此 迟钝呢？
神经网络的特点
信息的并行协同处理
感知器模型
感知器神经元模型
p1 p2
单层感知器神经网络模 型
输入向量 网2 w1, R b
n f
a
11 iw1,,1
1 a1
p1 p2
pR
b11
n1 2
a1 2
S1 R P R1 1 R IW1 n1
1
a
1
1 b2
+ b
1
S 1
pR