(完整版)神经网络理论基础
智能控制 第5章 神经网络理论基础0
4.新连接机制时期（1986年-）
神经网络从理论——应用（神经网络芯
片、神经计算机） 模式识别与图象处理、控制与优化、预 测与管理、通信领域
并行分布处理理论
1986年，Rumelhart和McClelland发 表了《并行分布处理——认知微结构探 索》一书。（Parallel Distributed Processing） 系统地总结了PDP的概念、理论、数 学方法、产生的背景和发展前景。著名 的BP神经网络学习法则就是在本书中由 Rumelhart提出的。
1965年M. Minsky和S. Papert在《感知机》
一书中指出感知机的缺陷并表示出对这 方面研究的悲观态度，使得神经网络的 研究从兴起期进入了停滞期，这是神经 网络发展史上的第一个转折
2.低潮期（1969-1982年）
神经网络理论研究水平的限制
计算机发展的冲击
1969年，Grossberg提出迄今为止最复杂
感知机是现代神经计算的出发 点。Block于1962年用解析法证明 了感知机的学习收敛定理。正是 由于这一定理的存在，才使得感 知机的理论具有实际的意义，并 引发了60年代以感知机为代表的 第一次神经网络研究发展的高潮。
1961年，E．R．Caianiello提出了能实现记忆和 识别的神经网络模型，它由学习方程式和记忆 方程式两部分组成。 1962年，M．Minsky和S.Papert进一步发展了感 知机的理论，他们把感知机定义为一种逻辑函 数的学习机。 B．Widraw在稍后于感知机一些时候提出了 Adline分类学习机。它在结构上与感知机相似， 但在学习法则上采用了最小二乘平均误差法。
人工神经元－－信息处理单元
人工神经元－－信息处理单元
信息输入
神经网络基础精选
第一讲 神经网络基础
突触：突触是神经元的树突末梢连接另一神经元的突触 后膜 (postsynaptic membrane)的部分。它是神经元之 间相联系并进行信息传送的结构,是神经元之间连接的 接口。两个神经元的细胞质并不直接连通,两者彼此联 系是通过突触这种结构接口的。
膜电位：神经元细胞膜内外之间存在电位差，称为膜电 位。膜外为正，膜内为负。膜电压接受神经其它神经元 的输入后,电位上升或下降。当传入冲动的时空整合结 果，使膜电位上升，而且当超过叫做动作电位的阈值时, 细胞进入兴奋状态，产生神经冲动，由轴突输出，这个 过程称为兴奋。
•9
第一讲 神经网络基础
2 突触传递信息动作原理
膜电位（mv）
兴奋期, 大于动作阈值
动 作
绝对不应期：不响应任何刺激 阈
值
相对不应期：很难相应
t (ms)
根据突触传递信息的动作过 -55
程可以分为两种类型：兴奋型 -70
12
3
和抑制型。神经冲动使得细胞 膜电压升高超过动作电压进入
1ms 1ms 3ms
•5
树突
细胞体
细胞核 轴突
轴突末梢
图1-1a 神经元的解剖
•6
图1-1b 神经元的解剖
•7
第一讲 神经网络基础
细胞体：细胞体是由很多分子形成的综合体,内部含有 一个细胞核、核糖体、原生质网状结构等,它是神经元 活动的能量供应地,在这里进行新陈代谢等各种生化过 程。包括细胞核，细胞膜和细胞质。
n
Ii W ijXj为 第 i个 神 经 元 的 净 输 入
j1
•12
第一讲 神经网络基础
四 人工神经元与生物神经元区别 （1）模型传递的是模拟信号，生物输入输出均
神经网络模型及其认知理论基础
神经网络模型及其认知理论基础神经网络模型是一种人工智能技术，它模拟了大脑中神经元之间的连接和信息传递过程。
神经网络模型的基础是认知理论，它旨在理解和解释人类认知的基本原理。
在近年来的发展中，神经网络模型已经取得了广泛的应用和突破。
本文将介绍神经网络模型的基本原理，以及它与认知理论的关系。
神经网络模型是由大量的人工神经元组成的，这些人工神经元之间通过连接进行信息传递。
每个人工神经元接收来自其他神经元的输入，并通过激活函数进行处理，最终产生输出。
神经网络模型的训练过程是通过调整连接权重来优化模型的性能。
在训练过程中，模型通过与标签数据进行比较，学习调整权重，从而最小化预测输出与实际输出之间的误差。
神经网络模型的核心思想是“连接主义”。
连接主义认为，人类的认知能力是通过大量的神经元之间复杂的连接来实现的。
这种连接的特点是相互依赖、并行处理和分布式存储。
神经网络模型在这一理论基础上构建了一个抽象的计算模型，通过模拟神经元之间的连接和信息传递，来实现类似人类认知的能力。
神经网络模型的发展离不开认知理论的支持和启发。
认知理论是研究人类认知过程和心理现象的科学理论。
它包括了很多不同的分支，如信息处理模型、学习理论和知觉认知等。
神经网络模型与认知理论有着很强的关联，它借鉴了认知理论的一些基本概念和原则。
首先，神经网络模型借鉴了认知理论中的信息处理模型。
信息处理模型认为，人类的认知过程可以看作是信息在不同的认知系统之间传递和转换的过程。
神经网络模型通过模拟神经元之间的信息传递和转换过程，实现了一种类似于人类认知的信息处理模型。
其次，神经网络模型借鉴了认知理论中的学习理论。
学习理论认为，人类的认知能力是通过与环境的互动和经验的累积而逐渐发展的。
神经网络模型的训练过程也是一种学习过程，模型通过与标签数据的比较，自动调整权重来提高性能。
这种基于经验的学习方式与人类的认知过程有一定的相似性。
此外，神经网络模型还借鉴了认知理论中的知觉认知。
神经网络的基本原理及工作流程解析
神经网络的基本原理及工作流程解析神经网络是一种模拟人脑神经元之间相互连接的算法模型，它通过学习和训练来提取和处理数据。
本文将解析神经网络的基本原理和工作流程，以帮助读者更好地理解这一令人着迷的技术。
一、神经网络的基本原理神经网络的基本原理源于人脑神经元的工作方式。
神经元是大脑中的基本单位，它通过连接其他神经元来传递和处理信息。
类似地，神经网络中的神经元被称为节点或神经元，它们通过连接权重来传递和处理数据。
神经网络的核心思想是通过调整连接权重来学习和适应输入数据。
当神经网络接收到输入数据时，每个节点将根据其连接权重和输入数据计算输出。
然后，通过比较输出与期望输出，神经网络可以调整连接权重，以使输出更接近期望输出。
这个过程被称为反向传播算法。
二、神经网络的工作流程神经网络的工作流程可以分为以下几个步骤：1. 数据预处理：在输入数据进入神经网络之前，通常需要进行一些预处理操作，例如数据归一化、特征提取等。
这些操作有助于提高神经网络的性能和准确性。
2. 前向传播：在前向传播阶段，输入数据通过连接权重和激活函数的作用，从输入层逐层传递到输出层。
每个节点根据其连接权重和输入数据计算输出，并将其传递给下一层的节点。
这个过程一直持续到达到输出层。
3. 损失函数计算：在前向传播过程中，神经网络的输出与期望输出进行比较，并计算损失函数。
损失函数是衡量神经网络输出与期望输出之间差异的指标，它可以帮助神经网络调整连接权重。
4. 反向传播：在反向传播阶段，神经网络根据损失函数的值来调整连接权重。
通过计算损失函数对每个连接权重的偏导数，可以确定每个连接权重的调整方向和大小。
然后，神经网络使用梯度下降算法来更新连接权重，以减小损失函数的值。
5. 迭代训练：神经网络的训练过程是一个迭代的过程。
通过重复进行前向传播、损失函数计算和反向传播，神经网络逐渐调整连接权重，使其能够更好地适应输入数据。
通常，需要多次迭代训练才能达到理想的性能。
神经网络基础
神经网络理论基础§1 引言当你现在学习神经网络知识的时候，你实际上正在使用着一个复杂的生物神经网络。
神经生理学和神经解剖学证明，人的思维是由脑完成的。
神经元是组成人脑的最基本单元，能够接受并处理信息。
人脑约由101l~1012个神经元组成，其中，每个神经元约与104~105个神经元通过突触联接，形成极为错纵复杂而且又灵活多变的神经网络。
虽然，每个神经元都比较简单，但是，如此多的神经元经过复杂的联接却可以演化出丰富多彩的行为方式。
因此，人脑是一个复杂的信息并行加工处理巨系统。
探索脑组织的结构、工作原理及信息处理的机制，是整个人类面临的一项挑战，也是整个自然科学的前沿。
关于人脑的功能，一方面受先天因素的制约，即由遗传信息先天确定了其结构与特性，另一方面后天因素也起重要的作用，即大脑可通过其自组织(Self-Organization)、自学习(Self-Learning)，不断适应外界环境的变化。
一般认为，包括记忆在内的所有生物神经功能，都存贮在神经元及其之间的连接上。
学习被看作是在神经元之间建立新的连接或对已有的连接进行修改的过程。
大脑的自组织、自学习性，来源于神经网络结构的这种可塑性(Plasticity)，它主要反映在神经元之间联接强度是可变的。
既然我们已经对生物神经网络有一个基本的认识，那么能否利用一些简单的人工“神经元”构造一个小神经网络系统，然后对其进行训练，从而使它们具有一定有用功能呢？答案是肯定的。
当然，人工神经元不是生物神经元，它们是对生物神经元极其简单的抽象，可以用程序或硅电路实现。
虽然由这些神经元组成的网络的能力远远不及人脑的那么强大，但是可以对其进行训练，以实现一些有用的功能。
§2神经网络模型2.1 生物神经网络的启示前面分析可知，人脑由大量的、高度互连的神经元组成。
神经元主要由三部分组成：树突、细胞体和轴突。
树突是树状的神经纤维接收网络，它将电信号传送到细胞体，细胞体对这些输入信号进行整合并进行阈值处理。
第一讲神经网络基本原理ppt课件
人工神经网络基本要素
人工神经网络(简称神经网络)是由人工神经元(简称神经元)互 连组成的网络，它是从微观结构和功能上对人脑的抽象、简化，是模 拟人类智能的一条重要途径，反映了人脑功能的若干基本特征，如并 行信息处理、学习、联想、模式分类、记忆等。
人工神经网络（ANN）可看成是以人工神经元为节点，用有向加权 弧连接起来的有向图。
20 世 纪 80 年 代 以 来 ， 人 工 神 经 网 络 （ ANN ， Artificial Neural Network）研究取得了突破性进展。神经网络控制是将神经网络与控制 理论相结合而发展起来的智能控制方法。它已成为智能控制的一个新的 分支，为解决复杂的非线性、不确定、未知系统的控制问题开辟了新途 径。
y 是神经元的输出。
神经元的输出 y=f(w*u+θ )
人工神经网络基本要素 —神经元
可见，神经元的实际输出还取决于所选择的作用函数f(x)。神经元的阈值 可以看作为一个输入值是常数1对应的连接权值。根据实际情况，也可以 在神经元模型中忽略它。关于作用函数的选择将在后面详细讨论。在上述 模型中，w和θ是神经元可调节的标量参数。设计者可以依据一定的学习规 则来调整它。
每个神经元的突触数目有所不同，而且各神经元之间的连接强度 和极性有所不同，并且都可调整，基于这一特性，人脑具有存储信息的 功能。图1.1 生物神经元的结构
人工神经网络基本要素 —神经元
神经生理学和神经解剖学的研究 结果表明，神经元是脑组织的基 本单元，是神经系统结构与功能 的单位。
• 大脑
Brain
在此有向图中，人工神经元就是对生物神经元的模拟，而有向弧则 是轴突—突触—树突对的模拟。有向弧的权值表示相互连接的两个人 工神经元间相互作用的强弱。
神经网络技术的理论基础与应用实践
神经网络技术的理论基础与应用实践神经网络技术是一种受到越来越广泛应用的技术，它能够模拟人脑的神经网络，实现自主学习和自我适应。
它的理论基础是神经科学，将人类大脑处理信息的方式抽象为数学模型，利用计算机模拟出这种信息处理的过程。
神经网络技术在计算机视觉、自然语言处理、音频信号处理等领域都有着广泛的应用实践。
一、神经网络技术的理论基础神经网络技术是基于神经科学研究所形成的模型，神经科学从解剖、生理、化学等多方面研究了人类大脑，探究其信息处理的机制和规律。
神经网络的基本概念就来源于人类大脑中的神经元，神经元是一种特殊的细胞，具有反应性和可塑性，其通过突触将信息传递给其他神经元。
神经网络通常由大量的神经元组成，形成层次结构，信息在神经元之间传递，最终实现人类行为。
神经网络技术的数学模型是一种由节点和边组成的图形结构，每个节点代表一个神经元，每个边代表两个神经元之间的连接。
神经网络技术主要有两种结构，分别是前馈神经网络和循环神经网络。
前馈神经网络的信息只能从前往后传递，信息处理主要是线性的，常用于分类、预测等任务。
循环神经网络的信息可以从后往前传递，信息处理主要是非线性的，常用于时序数据处理等任务。
二、神经网络技术的应用实践神经网络技术在计算机视觉、自然语言处理、音频信号处理等领域都有着广泛的应用实践。
1.计算机视觉计算机视觉是指通过计算机对图像、视频等进行分析和处理的技术，常用于图像分类、目标检测、图像分割等任务。
神经网络技术在计算机视觉领域的应用非常广泛，如卷积神经网络（CNN）可以通过卷积核提取出图像的特征，从而实现图像分类和目标检测。
2. 自然语言处理自然语言处理是指通过计算机对人类语言进行处理和分析的技术。
神经网络技术在自然语言处理领域的应用非常广泛，如循环神经网络（RNN）可以对时序的语言数据进行处理，实现语言模型的建立，从而实现文本分类、机器翻译等任务。
3. 音频信号处理音频信号处理是指对声音信号进行处理和分析的技术，常用于语音识别、声音分类、音乐分析等任务。
神经网络基本理论资料PPT课件
1986年，等提出多层网络的逆推学习算法，即BP算法， 否定了M.Minsky等人的错误结论，该算法一直成为应用最广、 研究最多、发展最快的算法。
2.1 神经网络概述
胞体：也称为细胞体，包括细胞质、细胞核和细胞膜 三部分，是细胞的营养中心。
树突：胞体的伸延部分产生的分枝称为树突，是接受 从其它神经元传入的信息入口。但不一定是神经传入的唯一 通道，还可以是胞体膜。
轴突：每个神经元只有一个轴突，一般自胞体发出， 与一个或多个目标神经元连接，为神经元的输出通道，其作 用是将细胞体发出的神经冲动传递给另一个或多个神经元。
如果在输出层没有得到期望的输出，则计算输出层的误差变化值，然后转向反向传播，通过网络将误差信号沿原来的连接通路反传回
1949年，心理学家提出神经 来，修改各层神经元的权值，直至达到期望目标。
但人们在应用专家系统解决语音识别、图像处理和机器人控制等类似人脑形象思维的问题时却遇到很大的唐困纳难。德·赫布
BP算法的核心是最速下降法，这是一种以梯度为基础的误差下降算法，具有原理简单、实现方便等特点，但也有许多不足之处： 联想记忆的作用是用一个不完整或模糊的信息联想出存储在记忆中的某个完整、清晰的模式来。
初创期：标志就是提出模型，建立规则。 神经网络的自学习和自适应能力使其成为对各类信号进行多用途加工处理的一种天然工具。 人工智能
侧，右脑支配人体的左侧，大脑受伤会使他支配的那部分身 体产生功能障碍。
左右脑具有不同的功能。左脑主要是语言中枢，同时从 事分析性工作，如逻辑推理、数学运算和写作等。右脑主要 处理空间概念和模式识别。
神经网络原理与应用第1讲：基础知识PPT课件
1957年，心理学家Frank Rosenblatt提出了感知机模 型，它可以识别一些简单的
模式，但无法处理异或 （XOR）问题。
1974年，Paul Werbos提出 了反向传播算法，解决了感 知机模型无法学习异或问题
的问题。
2006年，加拿大多伦多大学 的Geoffrey Hinton等人提出 了深度学习的概念，开启了
权重更新是根据损失函数的梯度调整权重的过程，通过不断 地迭代优化，使神经网络逐渐接近最优解。权重更新的过程 通常使用梯度下降法或其变种进行。
03
神经网络的类型
前馈神经网络
总结词
前馈神经网络是最基本的神经网络类型，信息从输入层开始，逐层向前传递，直 至输出层。
详细描述
前馈神经网络中，每一层的神经元只接收来自前一层的输入，并输出到下一层。 这种网络结构简单，易于训练和实现，常用于模式识别、分类和回归等任务。
利用神经网络进行游戏AI的决 策和策略制定，如AlphaGo
等。
02
神经网络的基本概念
神经元模型
总结词
神经元是神经网络的基本单元，模拟 生物神经元的行为。
详细描述
神经元模型通常包括输入信号、权重 、激活函数和输出信号等部分。输入 信号通过权重进行加权求和，经过激 活函数处理后得到输出信号。
激活函数
06
神经网络的应用实例
图像识别
总结词
图像识别是神经网络应用的重要领域之一， 通过训练神经网络识别图像中的物体、人脸 等特征，可以实现高效的图像分类、目标检 测等功能。
详细描述
神经网络在图像识别领域的应用已经取得了 显著的成果。例如，卷积神经网络（CNN） 被广泛用于图像分类、目标检测和人脸识别 等任务。通过训练神经网络，可以自动提取 图像中的特征，并基于这些特征进行分类或 检测目标。这大大提高了图像识别的准确性
神经网络入门指南从零开始学习神经网络的基础知识
神经网络入门指南从零开始学习神经网络的基础知识神经网络入门指南：从零开始学习神经网络的基础知识神经网络作为一种模拟人脑神经系统的计算模型，已经在各个领域得到了广泛的应用。
从图像识别、语音识别、自然语言处理，到游戏智能化等，神经网络已经逐步成为机器智能领域的重要基础技术之一。
本篇文章将从零开始介绍神经网络的基础知识，帮助初学者快速掌握神经网络的基本原理及应用。
一、什么是神经网络？神经网络是一种模拟人脑神经系统的计算模型，其基本原理是通过模仿生物神经元之间的相互连接和信息传递来实现复杂的信息处理功能。
简单来说，神经网络就是由一个由神经元和神经元之间的连接组成的网络。
二、神经网络的基本结构神经网络的基本结构包括输入层、隐藏层和输出层。
其中输入层用于接受外部输入信息；隐藏层根据输入信息进行“加工”，并向下一层传递信息；输出层将隐藏层传递过来的信息进行最终的处理和输出。
三、神经网络的工作原理神经网络的工作原理可以简单概括为“学习”和“推理”两个过程。
具体来讲，它通过不断调整网络参数，使网络模型能够根据训练数据进行学习，获得越来越准确的预测结果；在真实数据到来时，神经网络便可以通过这些已经学习到的规律，对新的数据进行推理和预测。
四、神经网络的应用1. 图像识别神经网络在图像识别领域的应用已经相当成熟，它可以通过学习大量的图像数据，并利用其内部的特征分析方法来实现对图像的智能化识别。
2. 语音识别语音识别是神经网络另一个重要应用领域。
神经网络可以通过语音信号分析技术，将语音信号转化为数字信号，并通过特征提取、分类等技术，实现对语音的自动识别。
3. 自然语言处理在自然语言处理领域，神经网络已经成为了文本分类、语种识别、情感分析等关键技术之一。
通过神经网络的“学习”和“推理”能力，它可以自动地理解、分析和理解大量的自然语言文本信息。
4. 游戏智能化在大型游戏开发中，神经网络也具有非常重要的应用前景。
它可以通过学习玩家的习惯和操作行为，实现对玩家行为的预测，同时还可以对游戏场景的元素进行分析和规划，实现对游戏智能化水平的提升。
神经网络基本原理
神经网络基本原理神经网络是一种模仿人脑神经元网络结构和工作原理的人工智能模型。
它由大量的人工神经元组成，这些神经元通过连接形成复杂的网络，可以进行信息处理和学习。
神经网络的基本原理包括感知器、激活函数、前向传播、反向传播等重要概念。
感知器是神经网络的基本组成单元，它接收多个输入信号，并通过加权求和和激活函数的处理得到输出。
感知器的工作原理类似于人脑中的神经元，它对输入信号进行加权处理，并通过激活函数输出一个结果。
感知器可以用来构建更复杂的神经网络结构，实现对复杂信息的处理和学习。
激活函数是神经网络中非常重要的一部分，它决定了神经元的输出是否被激活。
常用的激活函数包括sigmoid函数、ReLU函数等，它们能够将输入信号转换为输出信号，并且具有非线性的特性，能够增加神经网络的表达能力。
前向传播是神经网络中信息传递的过程，输入信号经过感知器和激活函数的处理，最终得到输出结果。
在前向传播过程中，每个神经元都将上一层的输出作为输入，并进行加权求和和激活函数处理，然后传递给下一层神经元，直至得到最终的输出结果。
反向传播是神经网络中的学习算法，它通过计算输出结果与实际结果的误差，然后反向调整神经网络中每个连接的权重，以减小误差。
反向传播算法通过梯度下降的方法，不断调整神经网络中的参数，使得神经网络能够逐渐学习到输入和输出之间的映射关系。
神经网络基本原理的理解对于深度学习和人工智能领域的研究具有重要意义。
通过对神经网络的基本原理进行深入的学习和掌握，可以更好地理解神经网络的工作机制，设计更加高效和有效的神经网络模型，实现对复杂信息的处理和学习。
同时，神经网络基本原理的研究也为人工智能技术的发展提供了重要的理论基础，推动了人工智能技术的不断进步和发展。
总之，神经网络基本原理是人工智能领域的重要基础知识，它对于理解和应用神经网络模型具有重要意义。
通过对感知器、激活函数、前向传播、反向传播等基本概念的深入学习和掌握，可以更好地理解神经网络的工作原理，设计更加高效和有效的神经网络模型，推动人工智能技术的发展和应用。
神经网络基础PPT课件
AlexNet
VGGNet
ResNet
DenseNet
由Yann LeCun等人提出 ，是最早的卷积神经网 络之一，用于手写数字 识别。
由Alex Krizhevsky等人 提出，获得了2012年 ImageNet图像分类竞 赛的冠军，引入了ReLU 激活函数和数据增强等 技巧。
由牛津大学Visual Geometry Group提出 ，通过反复堆叠3x3的小 型卷积核和2x2的最大池 化层，构建了深度较深 的网络结构。
内部表示。
隐藏层
通过循环连接实现信息 的持久化，捕捉序列中
的动态信息。
输出层
将隐藏层的状态转化为 具体的输出。
循环连接
将隐藏层的状态反馈到 输入层或隐藏层自身， 实现信息的循环传递。
序列建模与长短时记忆网络（LSTM）
序列建模
01
RNN通过循环连接实现对序列数据的建模，能够处理任意长度
的序列输入。
久化。
Jordan网络
与Elman网络类似，但将输出 层的状态反馈到隐藏层。
LSTM网络
长短时记忆网络，通过引入门 控机制实现对长期依赖信息的
有效处理。
GRU网络
门控循环单元网络，一种简化 的LSTM结构，具有较少的参
数和较快的训练速度。
06 深度学习框架 TensorFlow使用指南
TensorFlow安装与配置教程
非线性可分问题
不存在一条直线（或超平面）能够将两类样本完全分开的 问题。对于这类问题，需要使用非线性分类器或者核方法 等技巧进行处理。
处理非线性可分问题的方法
包括使用多项式核、高斯核等核函数将数据映射到高维空 间使其线性可分；或者使用神经网络等非线性模型对数据 进行建模和分类。
神经网络的基本知识点总结
神经网络的基本知识点总结一、神经元神经元是组成神经网络的最基本单元，它模拟了生物神经元的功能。
神经元接收来自其他神经元的输入信号，并进行加权求和，然后通过激活函数处理得到输出。
神经元的输入可以来自其他神经元或外部输入，它通过一个权重与输入信号相乘并求和，在加上偏置项后，经过激活函数处理得到输出。
二、神经网络结构神经网络可以分为多层，一般包括输入层、隐藏层和输出层。
输入层负责接收外部输入的信息，隐藏层负责提取特征，输出层负责输出最终的结果。
每一层都由多个神经元组成，神经元之间的连接由权重表示，每个神经元都有一个对应的偏置项。
通过调整权重和偏置项，神经网络可以学习并适应不同的模式和规律。
三、神经网络训练神经网络的训练通常是指通过反向传播算法来调整网络中每个神经元的权重和偏置项，使得网络的输出尽可能接近真实值。
神经网络的训练过程可以分为前向传播和反向传播两个阶段。
在前向传播过程中，输入数据通过神经网络的每一层，并得到最终的输出。
在反向传播过程中，通过计算损失函数的梯度，然后根据梯度下降算法调整网络中的权重和偏置项，最小化损失函数。
四、常见的激活函数激活函数负责对神经元的输出进行非线性变换，常见的激活函数有Sigmoid函数、Tanh函数、ReLU函数和Leaky ReLU函数等。
Sigmoid函数将输入限制在[0,1]之间，Tanh函数将输入限制在[-1,1]之间，ReLU函数在输入大于0时输出等于输入，小于0时输出为0，Leaky ReLU函数在输入小于0时有一个小的斜率。
选择合适的激活函数可以使神经网络更快地收敛，并且提高网络的非线性拟合能力。
五、常见的优化器优化器负责更新神经网络中每个神经元的权重和偏置项，常见的优化器有梯度下降法、随机梯度下降法、Mini-batch梯度下降法、动量法、Adam优化器等。
这些优化器通过不同的方式更新参数，以最小化损失函数并提高神经网络的性能。
六、常见的神经网络模型1、全连接神经网络（Fully Connected Neural Network）：每个神经元与下一层的每个神经元都有连接，是最基础的神经网络结构。
神经网络技术的基本原理与算法
神经网络技术的基本原理与算法神经网络技术是一种基于人类神经系统工作原理的人工智能技术，它具有模式识别、分类和回归的能力，并可用于语音识别、自然语言处理、视觉图像识别、游戏玩耍等领域。
本文将介绍神经网络技术的基础原理与算法，以及神经网络的训练与应用方法。
一、神经网络的基础原理神经网络是由许多人工神经元联结而成的网络结构，每个神经元接收一定数量的输入信号，并通过一定的加权运算产生输出信号，将其传递到下一层神经元。
神经元的加权运算包括两个步骤：线性和非线性。
线性运算是对输入信号进行线性加权求和，而非线性运算则是对线性求和结果进行非线性变换，通常采用激活函数来实现。
神经网络由多个层次组成，通常由输入层、隐藏层和输出层组成。
输入层接收外部输入信号，隐藏层和输出层用于计算神经网络的输出信号。
神经网络中的输入和输出通常是向量形式，隐藏层和输出层的神经元数量也决定了神经网络的复杂度。
神经网络的基本原理源于人脑神经元的工作原理。
人脑神经元接收来自其他神经元的刺激强度，并产生输出，将其传递到下一层神经元。
人脑神经元的输入和输出信号都是电化学信号，而神经网络中的输入和输出信号则是数字信号。
二、神经网络的基础算法神经网络的基础算法包括前向传播算法和反向传播算法。
前向传播算法是指在神经网络中对输入信号进行一次前向遍历，以计算输出信号。
在前向传播算法中，各个神经元的输出信号依次通过神经元间的加权连接向前传播，直至计算出整个网络的输出信号。
反向传播算法是指在神经网络中对输出误差进行反向传递，并根据误差更新网络参数。
在反向传播算法中，误差的计算依赖于损失函数，而权重和偏置量的更新则基于梯度下降法。
三、神经网络的训练方法神经网络的训练方法可以分为有监督学习、无监督学习和强化学习三种。
有监督学习是指基于已知的输入和目标输出数据对神经网络进行训练，以求得输出与目标值的最小误差。
有监督学习的优点在于，可控制模型的性能和精度，并且在模型输出与目标值差距较大时，可以很容易地调整模型参数。
神经网络理论基础PPT课件
20世纪80年代，随着反向传播算法的提出，神经网络重 新受到关注。反向传播算法使得神经网络能够通过学习来 调整权重，从而提高了网络的性能。
感知机模型
1957年，心理学家Frank Rosenblatt提出了感知机模型 ，它是最早的神经网络模型之一，用于解决模式识别问题 。
深度学习的兴起
神经网络的模型
总结词
神经网络的模型是由多个神经元相互连接而成的计算模型，它能够模拟生物神经系统的 复杂行为。
详细描述
神经网络模型可以分为前馈神经网络、反馈神经网络和自组织神经网络等类型。前馈神 经网络中，信息从输入层逐层传递到输出层，每一层的输出只与下一层相连。反馈神经 网络中，信息在神经元之间来回传递，直到达到稳定状态。自组织神经网络能够根据输
入数据的特性进行自组织、自学习。
神经网络的参数
总结词
神经网络的参数是用于调整神经元之间连接强度的可训练参 数，它们在训练过程中不断优化以实现更好的性能。
详细描述
神经网络的参数包括权重和偏置等。权重用于调整输入信号 对激活函数的影响程度，偏置则用于调整激活函数的阈值。 在训练过程中，通过反向传播算法不断调整参数，使得神经 网络能够更好地学习和逼近目标函数。
作用
误差函数用于指导神经网络的训练， 通过最小化误差函数，使网络逐渐 逼近真实数据。
梯度下降法
基本思想
梯度下降法是一种优化算法，通 过不断调整神经网络的参数，使
误差函数逐渐减小。
计算方法
计算误差函数的梯度，并根据梯 度信息更新网络参数。
优化策略
采用不同的学习率或适应学习 率策略，以加快训练速度并避免
2006年，深度学习的概念被提出，神经网络的层次开始 增加，提高了对复杂数据的处理能力。
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从人脑生理、心理学着手，模拟人脑 工作机理
大脑是由生物神经元构成的巨型网络， 它在本质上不同于计算机，是一种大规模 的并行处理系统，它具有学习、联想记忆、 综合等能力，并有巧妙的信息处理方法。
图片来自蒲慕明教授的第6届模式识别会议大会报告版权归其所有
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人工神经网络是模拟人脑思维 方式的数学模型，从微观结构和 功能上对人脑进行抽象和简化， 模拟人类智能
人工神经网络
是 对人脑的模拟
人工神经元 模拟 生物神经元
人工神经元 模拟 生物神经元
人工神经网络 模拟 生物神经网络
人工神经元 模拟 生物神经元
生物神经元
生物神经元
生物神经元
人工神经元
人工神经网络以数学手段来模拟 人脑神经网络结构和特性
神经网络是一个并行和分布式的 信息处理网络结构，它一般由许多个 神经元组成，每个神经元只有一个输 出，它可以连接到很多其他的神经元， 每个神经元输入有多个连接通道，每 个连接通道对应于一个连接权系数。
目前已有40多种模型
人脑神经网络信息处理的特点
一种模范动物神经网络行为特征，进 行分布式并行信息处理的算法数学模 型。
这种网络依靠系统的复杂程度，通过 调整内部大量节点之间相互连接的关 系，从而达到处理信息的目的。
人工神经网络具有自学习和自适应 的能力，可以通过预先提供的一批 相互对应的输入－输出数据，分析 掌握两者之间潜在的规律，最终根 据这些规律，用新的输入数据来推 算输出结果，这种学习分析的过程 被称为“训练”。（引自《环球科 学》2007年第一期《神经语言：老 鼠胡须下的秘密》）
图片来自蒲慕明教授的第6届模式识别会议大会报告版权归其所有
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神经网络原理
生物神经元 人脑大约由1012个神经元组成，神经
元互相连接成神经网络
神经元是大脑处理信息的基本单元， 以细胞体为主体，由许多向周围延伸的不 规则树枝状纤维构成的神经细胞，其形状 很像一棵枯树的枝干。它主要由细胞体、 树突、轴突和突触(Synapse，又称神经键) 组成。
神经网络理论基础
以冯·诺依曼型计算机为中心的信息处 理技术的高速发展，计算机在信息化社会 中起着十分重要的作用。
但是，当用它来解决某些人工智能问 题时却遇到了很大的困难。
模糊控制从人的经验出发，解决了 智能控制中人类语言描述和推理问 题，但在处理数值数据、自学习能 力等方面远未达到人脑境界
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信息输入
i
f (xi )
人工神经元－－信息处理单元
信息 传播 与 处理： 积与和
i
f (xi )
人工神经元－－信息处理单元
信息 传播
i
f (xi )
人工神经元－－信息处理单元
信息 传播 与 处理: 非线性
i
f (xi )
人工神经元－－信息处理单元
信息输出
i
f (xi )
人工神经元－－信息处理单元
i
f (xi )
人工神经－－信息处理单元
i
f (xi )
人工神经元信息输入输出
i
f (xi )
人工神经元信息输入输出
i
f (xi )
人工神经元信息输入输出
i
f (xi )
人工神经元信息输入输出
i
f (xi )
人工神经网络 模拟 生物神经网络
生物神经网络
生物神经网络
生物神经网络
1．分布存储与冗余性 2．并行处理 3．信息处理与存储合一 4．可塑性与自组织性 5．鲁棒性
人工神经元模型 归纳一下生物神经元传递信息的过程：
生物神经元是一个多输入、单输出单元。 常用的人工神经元模型可用下图模拟。
在1—150m／s之间 存在不应期。 不可逆性，脉冲只从突触前传到突触后，不逆向传递。
（动态极化性） 可塑性，突触传递信息的强度是可变的，即具有学习
功能。 存在遗忘或疲劳效应。
人工神经网络(简称神经网络) 也是由大量的、功能比较简单的 形式神经元互相连接而构成的复 杂网络系统，用它可以模拟大脑 的许多基本功能和简单的思维方 式。
突触有两种： 兴奋性突触和抑制性突触。
前者产生正突触后电位，后者 产生负突触后电位。
突触传递信息的功能和特点归纳为：
信息传递有时延，一般为0.3～lms。 信息的综合有时间累加和空间累加。（时空整合） 突触有兴奋性和抑制性两种类型。 具有脉冲／电位信号转换功能。 神经纤维传导的速度，即脉冲沿神经纤维传递的速度，
生物神经元
人工神经元
i
f (xi )
生物神经元
人工神经元
生物神经元－－信息处理单元
生物神经元－－信息处理单元
信息输入
生物神经元－－信息处理单元
信息 传播 与 处理
生物神经元－－信息处理单元
信息 传播 与 处理（整合）
生物神经元－－信息处理单元
信息 传播 与 处理： 兴奋或抑制
生物神经网络
人工神经网络
生物神经网络
人工神经网络
u
y
生物神经网络
人工神经网络u(t)源自y(t)生物神经网络
人工神经网络
生物神经网络
人工神经网络
u(t)
y(t 1)
生物神经网络
人工神经网络
u
y
生物神经网络
人工神经网络
生物神经网络
人工神经网络
+
生物神经网络
人工神经网络
P
u
II
y
D
人工神经网络（Artificial Neural Networks, ANN）:
单个生物神经元解剖图
细胞体：包括细胞质、细胞膜和细胞核 树突：用于为细胞体传入信息
轴突：为细胞体传出信息，其末端为神 经末梢，含传递信息的化学物质
突触：神经元之间的接口（可塑性）
从神经元各组成部分的功能来 看，信息的处理与传递主要发生在 突触附近。当神经元细胞体通过轴 突传到突触前膜的脉冲幅度达到一 定强度，即超过其阈值电位后，突 触前膜将向突触间隙释放神经传递 的化学物质。
生物神经元－－信息处理单元
信息输出
生物神经元－－信息处理单元
生物神经元－－信息处理单元
生物神经元－－信息处理单元
生物神经元－－信息处理单元
生物神经元－－信息处理单元
生物神经元－－信息处理单元
人工神经元－－信息处理单元
人工神经元－－信息处理单元
信息输入
人工神经元－－信息处理单元