神经网络基本原理优秀课件

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• 人脑神经系统的结构与特征
（2）高度并行性 人脑大约有1011～1012个神经元，每个神经元
又有103～105个突触，即每个神经元都可以和其他 103～105个神经元相连，这就提供了非常巨大的存 储容量和并行度。例如，人可以非常迅速地识别出 一幅十分复杂的图像。
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（3）分布式功能 人们通过对脑损坏病人所做的神经心理学研究，
信号为离散的电脉冲信号，而细胞膜电位的变化为连续的电位信 号。这种在突触接口处进行的“数/模”转换，是通过神经介质 以量子化学方式实现的如下过程：电脉冲→神经化学物质→膜电 位
（4）神经纤维传导速率 神经冲动沿神经纤维传导的速度在1m/s～150m/s之间。其
速度差异与纤维的粗细、髓鞘(包绕在神经元的轴突外部的物质，起绝缘作 用 )的有无有关。一般来说，有髓鞘的纤维，其传导速度在100m ／s以上，无髓鞘的纤维，其传导速度可低至每秒数米。
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• 生Байду номын сангаас神经元的功能与特征
根据神经生理学的研究，生物神经元具有如下重要功能与特性。 （1）时空整合功能 神经元对不同时间通过同一突触传入的神经冲动，具有时间整合 功能。对于同一时间通过不同突触传入的神经冲动，具有空间整 合功能。两种功能相互结合，使生物神经元对由突触传入的神经 冲动具有时空整合的功能。
（2）兴奋与抑制状态 神经元具有兴奋和抑制两种常规的工作状态。当传入冲动的时空 整合结果使细胞膜电位升高，超过动作电位的阈值时，细胞进入 兴奋状态，产生神经冲动。相反，当传入冲动的时空整合结果使 细胞膜电位低于动作电位阈值时，细胞进入抑制状态，无神经冲 动输出。
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（3）脉冲与电位转换 突触界面具有脉冲/电位信号转化功能。沿神经纤维传递的
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人脑的基本组成是脑神经细胞，大量脑 神经细胞相互联接组成人的大脑神经网络， 完成各种大脑功能。而人工神经网络则是由 大量的人工神经细胞（神经元）经广泛互连 形成的人工网络，以此模拟人类神经系统的 结构和功能。
了解人脑神经网络的组成和原理，有助 于对人工神经网络的理解。
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人工神经网络概述
人体神经结构与特征
•虽然神经元的形态各不相同，但是都由细胞体和突起两大 部分组成，而突起又分树突和轴突。
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• 轴突是由细胞体向外延伸出的所有纤维中最长的一条 分枝，用来向外传递神经元产生的输出信号。每个神 经元只发出一条轴突，短的仅几个微米，其最大长度 可达1m以上。
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• 突触，在轴突的末端形成了许多很细的分枝，这些分 枝叫神经末梢。每一条神经末梢可以与其他神经元形 成功能性接触，该接触部位称为突触。每个神经元大 约有103～105个突触，换句话说，每个神经元大约与 103～105个其它神经元有连接，正是因为这些突触才 使得全部大脑神经元形成一个复杂的网络结构。 所谓功能性接触，突触的信息传递特性可变，因 此细胞之间的连接强度可变，这是一种柔性连接，也 称为神经元结构的可塑性，这正是神经元之间传递信 息的奥秘之一。
神经网络基本原理优秀课件
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人工神经网络（ ANN，Artificial Neural Network） 也简称为神经网络（NN），是由大量的简单处理单元 经广泛并行互连形成的一种网络系统。它是对人脑系统 的简化、抽象和模拟，具有人脑功能的许多基本特征。
目前，人工神经网络已成为许多高科技领域的一个 热门话题。在人工智能领域，它已实际应用于决策支持、 模式识别、专家系统、机器学习等许多方面。
没有发现大脑中的哪一部分可以决定其余所有各部 分的活动，也没有发现在大脑中存在有用于驱动和 管理整个智能处理过程的任何中央控制部分。人类 大脑的各个部分是协同工作、相互影响的，并没有 哪一部分神经元能对智能活动的整个过程负有特别 重要的责任。
可见，在大脑中，不仅知识的存储是分散的， 而且其控制和决策也是分散的。因此，大脑是一种 分布式系统。
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由于神经网络是多学科交叉的产物，各个相 关的学科领域对神经网络都有各自的看法，因此， 关于神经网络的定义，在科学界存在许多不同的 见解。目前使用得较广泛的是T.Koholen（芬兰赫尔 辛基技术大学 ）的定义，即"神经网络是由具有适应性 的简单单元组成的广泛并行互连的网络，它的组 织能够模拟生物神经系统对真实世界物体所作出 的交互反应。"
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• 人脑神经系统的结构与特征
（1）记忆和存储功能 人脑神经系统的记忆和处理功能是有机地结合
在一起的。神经元既有存储功能，又有处理功能， 它在进行回忆时不仅不需要先找到存储地址再调出 所存内容，而且还可以由一部分内容恢复全部内容。 尤其是当一部分神经元受到损坏（例如脑部受伤等） 时，它只会丢失损坏最严重部分的那些信息，而不 会丢失全部存储信息。
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• 树突是指由细胞体向外延伸的除轴突以外的其他所 有分支。不同的神经元其树突的数量也不同，长度 较短，但数量很多，它是神经元的输入端，用于接 受从其他神经元的突触传来的信号。
• 细胞体是神经元的主体，胞体和树突表面是接受的 其他神经元传来的信号的主要部位。
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神经元中的细胞体相当于一个初等处理器，它对 来自其他各个神经元的信号进行总体求和，并产生一个 神经输出信号。由于细胞膜将细胞体内外分开，因此， 在细胞体的内外具有不同的电位，通常是内部电位比外 部电位低。细胞膜内外的电位之差被称为膜电位。在无 信号输入时的膜电位称为静止膜电位。当一个神经元的 所有输入总效应达到某个阈值电位时，该细胞变为活性 细胞（激活），其膜电位将自发地急剧升高产生一个电 脉冲。这个电脉冲又会从细胞体出发沿轴突到达神经末 梢，并经与其他神经元连接的突触，将这一电脉冲传给 相应的神经元。
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（4）容错功能 容错性是指根据不完全的、有错误的信息仍能
做出正确、完整结论的能力。大脑的容错性是非常 强的。例如，我们往往能够仅由某个人的一双眼睛、 一个背影、一个动作或一句话的音调，就能辨认出 来这个人是谁。
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（5）联想功能 人脑不仅具有很强的容错功能，还有联想功能。
善于将不同领域的知识结合起来灵活运用，善于概括、 类比和推理。例如，一个人能很快认出多年不见、面貌 变化较大的老朋友。