第2章 神经网络基础知识
神经科学基础知识简明解析
神经科学基础知识简明解析神经科学是研究神经系统与行为之间关系的学科，涉及到脑部结构与功能、神经电信号传导、学习与记忆等方面的内容。
本文将为您介绍神经科学的基础知识，帮助您对这一领域有初步的了解。
一、神经元与神经网络神经元是神经系统的基本功能单元，其结构包括细胞体、树突、轴突等部分。
当神经元接受到外部刺激时，会产生电信号并通过轴突传递给其他神经元。
多个神经元之间相互连接形成神经网络，这种网络的结构与连接方式决定了神经系统的功能特点。
二、神经传导神经传导是指神经信号在神经元内部以及神经元之间传递的过程。
在神经元内部，信号通过离子通道的打开和关闭进行传导；在神经元之间，信号通过突触传递完成。
突触是神经元之间的连接点，分为化学突触和电突触两种形式。
通过这些传导机制，神经信号能够在神经网络中快速传递，并实现信息处理和行为响应。
三、大脑结构与功能区域人类大脑是神经系统中的核心，被认为是思维、情感和行为的产生之地。
大脑分为左右两半球，分别控制着身体的不同功能。
大脑还分为多个功能区域，包括感觉区、运动区、语言区等。
每个功能区域都与特定的功能相关，通过神经元之间的连接与协调，实现复杂的信息处理过程。
四、学习与记忆学习与记忆是神经科学中的重要研究领域。
学习是指获取新知识或技能的过程，记忆则是保存和回忆这些知识和技能的能力。
学习与记忆的实现和神经元之间的连接和突触可塑性相关。
神经元之间的连接在学习过程中会发生改变，这种改变被称为突触可塑性。
经过反复的学习，神经网络的连接强度会增强，形成记忆痕迹。
五、神经科学的应用神经科学的研究成果已经在许多领域得到了应用。
例如，通过深入了解视觉神经网络的工作原理，科学家们研发出了各种可治疗视觉障碍的方法和技术。
此外，神经科学还与人工智能、脑机接口等领域有着密切的关系，为相关技术的发展提供了理论和实践支持。
结语神经科学作为一门跨学科的领域，正在不断拓展人们对大脑和神经系统的认识。
通过对神经科学基础知识的了解，我们可以更好地理解人类思维和行为的本质，同时也有助于推动相关领域的科学研究和应用发展。
神经网络基本知识
神经网络基本知识一、内容简述神经网络是机器学习的一个重要分支，是一种模拟生物神经网络结构和功能的计算模型。
它以其强大的学习能力和自适应能力广泛应用于多个领域，如图像识别、语音识别、自然语言处理等。
《神经网络基本知识》这篇文章将带领读者了解神经网络的基本概念、原理和应用。
1. 神经网络概述神经网络是一种模拟生物神经系统结构和功能的计算模型。
它由大量神经元相互连接构成，通过学习和调整神经元之间的连接权重来进行数据处理和模式识别。
神经网络的概念自上世纪五十年代提出以来，经历了漫长的发展历程，逐渐从简单的线性模型演变为复杂的多层非线性结构。
神经网络在人工智能领域发挥着核心作用，广泛应用于计算机视觉、语音识别、自然语言处理等领域。
神经网络的基本构成单元是神经元，每个神经元接收来自其他神经元的输入信号，通过特定的计算方式产生输出信号，并传递给其他神经元。
不同神经元之间的连接强度称为权重，通过训练过程不断调整和优化。
神经网络的训练过程主要是通过反向传播算法来实现的，通过计算输出层误差并反向传播到输入层，不断调整权重以减小误差。
神经网络具有强大的自适应能力和学习能力，能够处理复杂的模式识别和预测任务。
与传统的计算机程序相比，神经网络通过学习大量数据中的规律和特征，自动提取高级特征表示，避免了手动设计和选择特征的繁琐过程。
随着深度学习和大数据技术的不断发展，神经网络的应用前景将更加广阔。
神经网络是一种模拟生物神经系统功能的计算模型，通过学习和调整神经元之间的连接权重来进行数据处理和模式识别。
它在人工智能领域的应用已经取得了巨大的成功，并将在未来继续发挥重要作用。
2. 神经网络的历史背景与发展神经网络的历史可以追溯到上个世纪。
最初的神经网络概念起源于仿生学，模拟生物神经网络的结构和功能。
早期的神经网络研究主要集中在模式识别和机器学习的应用上。
随着计算机科学的快速发展，神经网络逐渐成为一个独立的研究领域。
在20世纪80年代和90年代，随着反向传播算法和卷积神经网络的提出，神经网络的性能得到了显著提升。
神经网络基础知识
神经网络基础知识神经网络是一种模拟大脑处理信息的计算机系统。
神经网络通过自动学习和适应来执行任务，例如图像和语音识别。
对于普通人来说，理解神经网络可能有些困难。
因此，我们准备了这篇文章，以帮助您了解神经网络的基本知识。
1.神经元神经元是神经网络最基本的组成部分。
神经元接收输入信号，将其加权处理，然后传递给下一个神经元。
每个神经元都有一个阈值，当加权输入信号超过该阈值时，它产生一个输出信号。
神经元的目的是对输入信号进行分类或数据处理。
可以通过调整神经元之间的连接权重来改变神经元的行为，从而调整神经网络的性能。
2.神经网络神经网络由许多相互连接的神经元组成，这些神经元可以分为层。
每个神经元接收其上一层的输出信号，加权后将其传递到下一层。
一般而言，神经网络通常有三层：输入层，隐藏层和输出层。
输入层接收外部输入，并将其传递到隐藏层。
隐藏层在接收输入信号后产生新特征，这些新特征可以用于进一步处理，最终生成输出。
输出层将处理后的结果展示给用户。
3.训练神经网络训练神经网络分为两个步骤：前向传递和反向传递。
·前向传递：给网络提供输入数据，网络经过处理后，输出一个结果。
·反向传递：通过改变神经元之间的连接权重（weight）来训练神经网络，在误差反向传播的过程中逐渐调整。
误差越小，神经网络的性能就越好。
4.损失函数损失函数的主要功能是对神经网络的性能进行评估。
损失函数可以描述神经网络的误差和数据之间的差异。
损失函数的大小越小，神经网络的性能就越好。
常用的损失函数有平方损失函数、交叉熵损失函数、绝对值损失函数等。
5.深度学习深度学习是一种基于神经网络的机器学习方法，这种方法通过将多层神经网络组合起来来模拟人类大脑的学习方式。
深度学习的一个优点是可以在没有人工干预的情况下自动学习。
由于网络和数据集的复杂性，深度学习的计算成本很高，但是随着技术的发展，越来越多的公司和研究机构正在将深度学习应用于实际场景中。
神经网络设计课程设计
神经网络设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解神经网络的基本概念，掌握其结构和工作原理。
2. 学生能描述神经网络在图像识别、自然语言处理等领域的应用。
3. 学生能掌握神经网络的训练和优化方法，了解超参数调整对网络性能的影响。
技能目标：1. 学生能运用编程工具（如Python、TensorFlow等）搭建简单的神经网络模型。
2. 学生能通过调整网络结构、参数等手段优化模型性能，解决实际问题。
3. 学生能运用所学知识，对神经网络进行调试、评估和改进。
情感态度价值观目标：1. 学生对神经网络技术产生兴趣，培养探究精神和创新意识。
2. 学生在团队合作中学会相互尊重、沟通与协作，提高解决问题的能力。
3. 学生认识到神经网络技术在现实生活中的价值，关注其对社会发展的影响。
课程性质：本课程为选修课，旨在拓展学生的知识视野，提高实践操作能力。
学生特点：学生具备一定的编程基础和数学知识，对新技术充满好奇心。
教学要求：结合理论讲解与实践操作，引导学生主动探究，注重培养学生的动手能力和创新能力。
通过课程学习，使学生能够独立完成神经网络模型的搭建和优化，解决实际问题。
二、教学内容1. 神经网络基本概念：介绍神经元模型、网络结构，理解全连接网络、卷积神经网络、循环神经网络等不同类型的神经网络。
- 教材章节：第二章 神经网络基础2. 神经网络应用场景：分析图像识别、自然语言处理等领域的神经网络应用案例，探讨神经网络的优势和局限性。
- 教材章节：第三章 神经网络应用3. 神经网络搭建与训练：学习使用Python、TensorFlow等工具搭建神经网络，掌握前向传播和反向传播算法，了解损失函数和优化器的选择。
- 教材章节：第四章 神经网络搭建与训练4. 神经网络优化策略：研究超参数调整、正则化、批量归一化等方法，探讨如何提高神经网络性能。
- 教材章节：第五章 神经网络优化5. 实践项目：结合所学知识，开展图像分类、文本情感分析等实践项目，培养学生解决实际问题的能力。
物理知识神经网络
持续改进PINN的网络结构和训练算法探索更广泛的应用领域提高PINN在工程实践中的可用性
PINN的工程应用案例
使用PINN优化飞机机翼设计模拟地下水流动以预测污染扩散优化电子元件布局以降低热耗散
PINN的学术研究领域
PINN在计算流体动力学中的应用求解波动方程以模拟声波传播应用于地球物理学中的地下介质建模
感谢！
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PINN用于2D圆柱绕流的参数估计
非稳态NS方程的描述与意义 基于PINN的参数估计方法详解 恢复误差分析与示例展示 未知参数的收敛性与稳定性
流场可视化与PINN
从稀疏速度观测重建高分辨率流场应用于气动力学与实验研究保持物理规律的高分辨率流场重建PINN在流体可视化中的前景
隐流体力学与PINN
无网格方法与Kansa法
无网格方法与PINN的原型Kansa法用于解决边值问题通过配点得到待定系数的线性方程组
神经网络与RBF-net
RBF-net是基于径向基函数的无网格方法PINN将单层RBF-net扩展为多层感知机（MLP）MLP用于逼近解，自动微分运算表达微分算子
PINN的基本结构
PINN用神经网络参数化解多层感知机（MLP）是常见的网络结构损失函数包括控制方程、初值/边界条件残差和观测数据
为什么单纯数据驱动会出问题？
泛化性能差，推断可能不符合物理。 物理现象的混沌本质，如分岔现象（Bifurcation）。 示例：学习 y^2=x，无法保证结果满足物理限制。
物理知识驱动的优势
通过嵌入物理知识，保证结果符合物理。 示例：可极小化目标以符合物理限制。 物理知识的嵌入可以适用于复杂方程。 Bifurcation是复杂物理过程中的常见现象。
《深度学习与计算机视觉算法原理框架应用与代码实现pdf》PDF高清完整版-免费下载
《深度学习与计算机视觉算法原理框架应用与代码实现pdf》PDF高清完整版-免费下载封面本书全面介绍了深度学习及计算机视觉中基础的知识，并结合常见的应用场景和大量实例，带领读者进入丰富多彩的计算机视觉领域。
作为一本“原理+实践”教程，本书在讲解原理的基础上，通过有趣的实例带领读者一步步亲自动手，不断提高动手能力，而不是枯燥和深奥原理的堆砌。
本书适合对人工智能、机器学习、深度学习和计算机视觉感兴趣的读者阅读。
阅读本书要求读者具备一定的数学基础和基本的编程能力，并需要读者了解Linux的基本使用。
目录第1篇基础知识第1章引言 21.1 人工智能的新焦点，深度学习 21.1.1 人工智能，神话传说到影视漫画 21.1.2 人工智能的诞生 31.1.3 神经科学的研究 41.1.4 人工神经网络的兴起 51.1.5 神经网络的第一次寒冬 61.1.6 神经网络的第一次复兴 81.1.7 神经网络的第二次寒冬 91.1.8 2023年，深度学习的起点 101.1.9 生活中的深度学习 111.1.10 常见深度学习框架简介 121.2 给计算机一双眼睛，计算机视觉 141.2.1 计算机视觉简史 141.2.2 2023年，计算机视觉的新起点 161.2.3 计算机视觉的应用 171.2.4 常见计算机视觉工具包 191.3 基于深度学习的计算机视觉 191.3.1 从ImageNet竞赛到AlphaGo战胜李世石，计算机视觉超越人类 19 1.3.2 GPU和并行技术，深度学习和计算视觉发展的加速器 211.3.3 基于卷积神经网络的计算机视觉应用 22第2章深度学习和计算机视觉中的基础数学知识 272.1 线性变换和非线性变换 272.2 概率论及相关基础知识 432.3 维度的诅咒 502.4 卷积 662.5 数学优化基础 71第3章神经网络和机器学习基础 873.1 感知机 873.2 神经网络基础 893.3 后向传播算法 953.4 随机梯度下降和批量梯度下降 1043.5 数据、训练策略和规范化 1083.6 监督学习、非监督学习、半监督学习和强化学习 117第4章深度卷积神经网络 1204.1 卷积神经网络 1204.2 LeNet，第一个卷积神经网络 1324.3 新起点，AlexNet 1334.4 更深的网络，GoogLeNet 1364.5 更深的网络，ResNet 142第2篇实例精讲第5章 Python基础 1485.1 Python简介 1485.2 Python基本语法 1505.3 Python的科学计算包，NumPy 1675.4 Python的可视化包，matplotlib 175第6章 OpenCV基础 1826.1 OpenCV简介 1826.2 Python-OpenCV基础 1846.3 用OpenCV实现数据增加小工具 1936.4 用OpenCV实现物体标注小工具 203第7章 Hello World! 2127.1 用MXNet实现一个神经网络 2127.2 用Caffe实现一个神经网络 219第8章最简单的图片分类，手写数字识别 227 8.1 准备数据，MNIST 2278.2 基于Caffe的实现 2288.3 基于MXNet的实现 242第9章利用Caffe做回归 2499.1 回归的原理 2499.2 预测随机噪声的频率 250第10章迁移学习和模型微调 26410.1 吃货必备，通过Python采集美食图片 264 10.2 美食分类模型 271第11章目标检测 28811.1 目标检测算法简介 28811.2 基于PASCAL VOC数据集训练SSD模型 296第12章度量学习 30412.1 距离和度量学习 30412.2 用MNIST训练Siamese网络 307 第13章图像风格迁移 31713.1 风格迁移算法简介 31713.2 MXNet中的图像风格迁移例子 320。
第2章+心理的神经生理机制+知识点 (1)
第2章心理的神经生理机制本章重点脑是怎样进化的？神经元的构造和功能？大脑的结构和功能？脑功能发挥作用的几种理论是什么？难点：神经冲动的传导的机制、神经冲动化学传导的机制；大脑皮层的结构与功能。
一、神经系统与脑的进化1.神经系统的起源原生动物——无神经系统，可对外界刺激做出感应性反应。
例如，变形虫没有专门的神经系统、感受器官和效应器官。
多细胞动物——网状神经系统，执行传递兴奋功能。
例如，腔肠动物水螅己经具有了高等动物的反射弧的雏形，这也是神经系统的最初形态。
2.无脊椎动物的神经系统无脊椎动物的神经系统属于链状或节状神经系统，由头部神经节和腹部神经节组成。
头部神经节的发达，在神经系统演化上称“发头现象”。
发头现象的岀现为脑的产生准备了条件。
3.低等脊椎动物的神经系统（1）脊椎内有一条神经管——管状神经系统且其神经组织是空心的。
在神经管的前端膨大部分首先形成脑泡，随后逐渐发展成为相对独立的五个脑泡：前脑、间脑、中脑、延脑和小脑。
（2）两栖动物的前脑己经发展成为两半球。
（3）爬行动物开始出现了大脑皮层。
注意：无脊椎动物与脊椎动物神经组织的主要区别：无脊椎动物的神经组织位于腹侧，是实心管状；脊椎动物的神经组织位于背侧，是空心管状；4.髙等脊椎动物的神经系统高等脊椎动物是指哺乳动物（啮齿类、食肉类、灵长类）。
哺乳动物的神经系统更加完善，大脑半球开始出现沟回，脑的各部位的机能也日趋分化，大脑皮层是整个神经系统的最髙部位。
（1）脑相对大小的变化脑指数：衡量脊椎动物脑的相对大小。
进化特点之一：脑重占体重比例增加。
（2）皮层相对容积和面积的变化皮层指数：新皮层的实际大小与一种典型的哺乳动物新皮层的期望大小比值。
进化特点之二：新皮层容积和面积增大。
（3）皮层内部结构的变化进化特点之三：皮层结构、功能更加复杂。
5.人类文化与脑进化的关系文化是一种社会现象，是人群共同创造的物质文明和精神文明的总和。
文化是人类的产物，在某种意义上也可以说是脑的产物。
神经网络基础知识介绍
神经网络基础知识介绍神经网络是一种模拟生物神经系统的计算模型，通过对复杂的非线性模式进行学习和分类，逐步发展成为目前人工智能领域中的重要算法之一。
本篇文章将重点介绍神经网络的基础知识，包括神经元、层、权重、偏置等概念及其在神经网络中的应用。
一、神经元神经元是神经网络的基本单元，也称为“节点”或“神经元”。
它们模拟了生物神经元的功能，根据输入信号产生输出信号。
一个神经元通常接受多个输入信号，对每个输入信号都有一个权重，通过加权和计算后，再通过一个激活函数进行处理，最终产生输出信号。
二、层神经元可以组合成层，层是神经网络的基本组成部分。
神经网络通常包括输入层、中间层和输出层。
输入层负责将数据输入网络，中间层则负责逐步分析并提取数据的特征，输出层则输出最终的结果。
层与层之间的神经元之间也有权重和偏置。
三、权重权重是神经元之间互相连接的强度，是神经网络的核心参数之一。
每个输入信号都有一个对应的权重，权重的大小决定了该输入信号对神经元输出的影响程度。
在神经网络的训练中，权重会不断地调整以达到最优的分类效果。
四、偏置偏置是每个神经元的一个常数项，用于控制神经元的激活状态。
偏置通常被设置为一个较小的值，以确保神经元能够在没有输入信号的情况下仍然处于激活状态。
五、前向传播前向传播是神经网络中最基本的计算过程之一，也称为“向前计算”或“前向推理”。
在前向传播过程中，输入数据从输入层顺序传递到隐藏层和输出层，直至产生最终的输出结果。
神经网络的预测和分类都是基于前向传播算法完成的。
六、反向传播反向传播是神经网络中最重要的学习算法之一，用于不断调整神经网络的权重和偏置以提高其分类能力。
在反向传播过程中，先计算输出层的误差，再按照一定的规则将误差反向传播到每一层的神经元中，从而计算每个神经元上的误差，并根据这些误差值来更新神经元之间的权重和偏置。
综上所述，神经网络作为一种模拟生物神经系统的计算模型，通过不断学习和调整，在图像识别、自然语言处理、语音识别等领域中都发挥了越来越重要的作用。
《神经网络基础知识》word版
实验十二: 神经网络及其在数据拟合中的应用（设计性实验）一、实验目的1.了解神经网络的基本知识。
2.学会用matlab神经网络工具箱进行数据拟合。
3.通过实例学习matlab神经网络工具箱的应用。
二、实验原理人工神经网络是在对复杂的生物神经网络研究和理解的基础上发展起来的。
我们知道, 人脑是由大约个高度互连的单元构成, 这些单元称为神经元, 每个神经元约有个连接。
仿照生物的神经元, 可以用数学方式表示神经元, 引入人工神经元的概念, 并由神经元的互连可以定义出不同种类的神经网络。
1.神经网络的概念及结构单个人工神经元的数学表示形式如图1所示。
其中, 为一组输入信号, 它们经过权值加权后求和, 再加上阈值, 则得出的值。
可以认为该值为输入信号与阈值所构成的广义输入信号的线性组合。
该信号经过传输函数可以得出神经元的输出信号。
图1由若干个神经元相互连接, 则可以构成一种网络, 称为神经网络。
由于连接方式的不同, 神经网络的类型也不同。
这里仅介绍前馈神经网络, 因为其权值训练中采用误差逆向传播的方式, 所以这类神经网络更多地称为反向传播（back propagation）神经网络, 简称BP神经网络。
BP网的基本结构如下图所示:MATLAB的神经网络工具箱提供了现成的函数和神经网络类, 可以使用newff()函数来建立一个前馈的BP神经网络模型。
newff()的具体调用格式如下:net=newff(x,y,[h1,h2,…,hk],{f1,f2,…,fk})其中, x为输入向量, y为输出（目标）向量。
[h1,h2,…,hk]是一个行向量, 用以存储神经网络各层的节点数, 该向量的大小等于神经网络隐层的层数。
{f1,f2,…,fk}为一个元胞数组, 由若干个字符串构成, 每个字符串对应于该层的传输函数类型。
当这些参数设定好后, 就建立了一个神经网络数据对象net, 它的一些重要属性在下表给出。
2.神经网络的训练和泛化若建立了神经网络模型net, 则可以调用train()函数对神经网络参数进行训练。
深度学习基础知识解读
深度学习基础知识解读第一章深度学习的背景和概念1.1 人工智能与机器学习的发展历程1.2 深度学习的定义和特点1.3 深度学习与传统机器学习的区别第二章神经网络及其基本原理2.1 人脑神经系统简介2.2 人工神经网络概述2.3 基本神经网络的结构和运行机制2.4 优化算法：梯度下降和反向传播第三章深度学习常用的网络结构3.1 卷积神经网络（CNN）3.1.1 卷积和池化层的原理3.1.2 LeNet-5网络结构解析3.1.3 AlexNet网络结构解析3.2 循环神经网络（RNN）3.2.1 循环单元（RNN unit）的原理3.2.2 长短时记忆网络（LSTM）的结构和应用 3.2.3 双向循环神经网络第四章深度学习的主要应用领域4.1 计算机视觉4.1.1 图像分类和目标检测4.1.2 图像分割和语义分割4.2 自然语言处理4.2.1 语言模型和文本生成4.2.2 机器翻译4.2.3 文本分类和情感分析4.3 语音识别和合成4.3.1 语音识别原理与技术4.3.2 语音合成原理与技术4.4 推荐系统4.4.1 基于内容的推荐4.4.2 协同过滤推荐4.4.3 深度学习在推荐系统中的应用第五章深度学习的训练和优化技巧5.1 数据预处理5.1.1 数据清洗和归一化处理5.1.2 数据增强技术5.2 正则化技术5.2.1 L1和L2正则化5.2.2 Dropout正则化5.2.3 批归一化（Batch Normalization） 5.3 学习率调整策略5.3.1 学习率衰减5.3.2 动量方法5.3.3 自适应学习算法（Adam）第六章深度学习的挑战和未来发展趋势6.1 深度学习存在的问题和挑战6.1.1 数据需求和标注困难6.1.2 模型的复杂性和计算资源要求6.2 深度学习的未来趋势6.2.1 模型压缩和轻量化网络6.2.2 自迁移学习和跨域学习6.2.3 强化学习和深度强化学习通过本文，我们深入解读了深度学习的基础知识。
神经网络基础知识
第一节内容：包括神经网络的基础知识，BP网络的特点，bp主要应用的场合，使用时应注意的问题。
什么是神经网络？神经网络是由很多神经元组成的，首先我们看一下，什么是神经元上面这个图表示的就是一个神经元，我们不管其它书上说的那些什么树突，轴突的。
用个比较粗浅的解释，可能不太全面科学，但对初学者很容易理解：1、我们把输入信号看成你在matlab中需要输入的数据，输进去神经网络后2、这些数据的每一个都会被乘个数，即权值w，然后这些东东与阀值b相加后求和得到u，3、上面只是线性变化，为了达到能处理非线性的目的，u做了个变换，变换的规则和传输函数有关可能还有人问，那么那个阀值是什么呢？简单理解就是让这些数据做了个平移，这就是神经元工作的过程。
处理后的结果又作为输入，可输给别的神经元，很多这样的神经元，就组成了网络。
在matlab中具体用什么算法实现这些，我们先不管，我们需要注意的是怎么使用。
比如使用BP的神经网络newff()构建一个网络，这些在后面的学习将提到。
BP网络的特点①网络实质上实现了一个从输入到输出的映射功能，而数学理论已证明它具有实现任何复杂非线性映射的功能。
这使得它特别适合于求解内部机制复杂的问题。
我们无需建立模型，或了解其内部过程，只需输入，获得输出。
只要BPNN结构优秀，一般20个输入函数以下的问题都能在50000次的学习以内收敛到最低误差附近。
而且理论上，一个三层的神经网络，能够以任意精度逼近给定的函数，这是非常诱人的期望；②网络能通过学习带正确答案的实例集自动提取“合理的”求解规则，即具有自学习能力；③网络具有一定的推广、概括能力。
bp主要应用回归预测（可以进行拟合，数据处理分析，事物预测，控制等）、分类识别（进行类型划分，模式识别等），在后面的学习中，都将给出实例程序。
但无论那种网络，什么方法，解决问题的精确度都无法打到100%的，但并不影响其使用，因为现实中很多复杂的问题，精确的解释是毫无意义的，有意义的解析必定会损失精度。
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。
神经网络课程设计
神经网络 课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解神经网络的基本概念，掌握其结构和功能；2. 学会计算神经网络中的加权求和和激活函数；3. 了解神经网络在人工智能领域的应用。
技能目标：1. 能够运用神经网络的基本原理，构建简单的神经网络模型；2. 学会使用神经网络解决实际问题，如图像识别、数据分类等；3. 掌握神经网络的训练过程，包括前向传播和反向传播。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对人工智能技术的兴趣，激发探索精神；2. 增强学生团队合作意识，培养共同解决问题的能力；3. 培养学生严谨的科学态度，认识到神经网络在实际应用中的价值和局限性。
分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为高中信息技术课程，旨在帮助学生掌握神经网络的基础知识，培养其在人工智能领域的应用能力。
学生具备一定的数学基础和编程能力，但对神经网络的了解有限。
因此，课程设计应注重理论与实践相结合，引导学生通过实际操作，深入理解神经网络的原理和应用。
课程目标分解为具体学习成果：1. 学生能够描述神经网络的基本结构，解释其工作原理；2. 学生能够运用所学知识，搭建简单的神经网络模型，完成特定任务；3. 学生能够通过团队合作，解决实际问题，提升神经网络的应用能力；4. 学生能够评价神经网络在解决实际问题中的优缺点，提出改进方案。
二、教学内容1. 神经网络基本概念- 神经元模型- 神经网络结构- 激活函数2. 神经网络原理与计算- 加权求和- 激活函数计算- 前向传播与反向传播3. 神经网络应用案例- 图像识别- 数据分类- 自然语言处理4. 神经网络建模与训练- 模型构建- 参数调优- 训练策略5. 神经网络实践- 搭建简单神经网络- 实际问题解决- 团队合作与交流教学内容安排与进度：第一课时：神经网络基本概念第二课时：神经网络原理与计算第三课时：神经网络应用案例第四课时：神经网络建模与训练第五课时：神经网络实践教材章节及内容：第一章：神经网络概述第二章：神经网络基本原理第三章：神经网络的应用第四章：神经网络的训练与优化第五章：神经网络实践案例教学内容确保科学性和系统性，结合课程目标，通过理论与实践相结合的方式，使学生全面掌握神经网络的基础知识及其在实际应用中的技巧。
2人工神经网络基础知识PPT课件
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2.２人工神经元模型
人工神经网络是在现代神经生物学研究基础上提出的模 拟生物过程以反映人脑某些特性的计算结构。它不是人脑神 经系统的真实描写，而只是它的某种抽象、简化和模拟。根 据前面对生物神经网络的研究可知，神经元及其突触是神经 网络的基本器件。因此，模拟生物神经网络应首先模拟生物 神经元。
为简便起见，省去式中（t）,而且常用向量表示
ne'tj WjT X
式中 W j和X 均为列向量：
X [x 1 x 2 .x .n ] .T ,W j [w 1 w 2 .w .n ] .T
若令 x0 1 ,w 0j,则 . w 0x 有 0j,则激 n表 e活 t 为
n
nejt wijxi WjTX
人的智能来自于大脑，大脑是由大量的神经细胞或神经元 组成的。每个神经元可以看作为一个小的处理单元，这些神经 元按照某种方式互相连接起来，构成了大脑内部的生物神经元 网络，他们中各神经元之间连接的强弱，按照外部的激励信号 作自适应变化，而每个神经元又随着接收到的多个激励信号的 综合大小呈现兴奋或抑制状态。据现在的了解，大脑的学习过 程就是神经元之间连接强度随外部激励信息做自适应变化的过 程，大脑处理信息的结果确由神经元的状态表现出来。显然， 神经元是信息处理系统的最小单元。虽然神经元的类型有很多 种，但其基本结构相似，生物学中神经元结构如图所示。
数。
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上述约定是对生物神经元信息处理过程的简化和概括，它清晰 地描述了生物神经元信息处理的特点，而且便于进行形式化表 达。通过上述假定，人工神经元的结构模型如图所示。
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10
人工神经元的数学模型描述：
第j个神经元，接受多个其它神经元i在t时刻的输入xi(t)，引起 神经元j的信息输出为yj(t):
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2.4.4 LMS学习规则(最小均方)
学习信号：
r d j Wj X
T
权调整公式： W 权分量调整公式：
j
(d j Wj X ) X
T
wij (d j Wj X ) xi
T
LMS是δ学习规则的特例 特点：有导师学习
2.4.5 Correlation（相关）学习规则
学习信号： 权调整公式：
双极性S型函数
(3)分段线性转移函数
0 f(x)= cx xc＜ x x≤0 0 ＜ x≤ xc
f (x) 1.0
(2.9) 1
0
xc
x
(4)概率型转移函数
1 P(1) x/T 1e
温度参数
玻尔兹曼热力学模型
人工神经元－信息处理单元
i
f ( xi )
人工神经元－信息处理单元
W (1) W (0) (d 1 o1 ) f (net1 ) X 1 (0.526, 0.974, 0.948, 0)T
(2)
net W (1) X 1.948
2 T 2
o f (net )
2 2
2
1 e 1 e
net 2 net 2
oj
x1 w1j ┆wij xi ┆wnj xn
(b)输入加权
oj
x1 w1j ┆wij xI ┆wnj xn
oj ∑
x1 w1j ┆ wij xI ┆ wnj xn
oj ∑ f
(c)输入加权求和
(d)输入-输出函数
(a)表明人工神经元有许多输入信息，一个输出信息； (b)表示突触强度和性质不同，导致作用不同，即权重不同； (c)表明信号整合； (d)总和超过阈值时，神经元被激活。
要求：只适应二进制神经元 特点：有导师学习
2.4.3 δ学习规则
学习信号：r [d j f (WjT X )] f (WjT X )o j [d j o j ] f (net j ) 权调整公式： Wj
(d j o j ) f (net j ) X (d j o j ) f (net j ) xi
2.3 人工神经网络模型
两种分类方法：拓扑结构、信息流向 2.3.1网络拓扑结构类型 1、层次型结构：3种
单 纯 层 次 u 型 结 构
y
输 出 层 到 输 入 层 有 连 接
层 内 有 连 接 层 次 型 结 构
u
y
2、互连型结构
全互连型结构
局 部 互 连 型 网 络 结 构
〇 〇 〇 〇
2.2.3神经元的转移函数
主要区别为转移函数，常用的有四种： (1)阈值型转移函数
f(x)=
1
0
x≥ 0
x＜ 0
(2.7)
M-P模型属于此类。
单极性阈值函数
双极性阈值函数
(2)非线性转移函数
1 f(x) x 1e
1e 2 f(x) 1 x x 1e 1e
x
单极性S型函数
r dj
Wj d j X
权分量调整公式：
wij d j xi
要求：权值初始化为 0 特点：有导师学习
2.4.6 Winner-Take-All学习规则
T* T W X max ( W j i X) 学习信号： i 1,2,..., n
权调整公式：
Wj ( X Wj ) X
解：设转换函数为符号函数f(x)=sgn(net) (1) net1 W (0)T X 1 (1, 1,0,0.5)(1, 2,1.5,0)T 3
W (1) W (0) sgn(net1 ) X 1 (2, 3,1.5,0.5)T
(2) net 2 W (1)T X 2 (2, 3,1.5,0.5)(1, 0.5, 2, 1.5)T 0.25
第二章 神经网络基础知识
• • • • 2. 1 人工神经网络的生物基础 2. 2 人工神经元模型 2. 3 人工神经网络模型 2 .4 神经网络学习
• 2. 1 人工神经网络的生物基础
• 神经元(Neuron)也称神经细胞，它是生 物神经系统的最基本单元，它和人体中其 他细胞的关键区别在于具有产生、处理和 传递信号的功能。
W (2) W (1) sgn(net 2 ) X 2 (1, 2.5,3.5, 2)T
(3)
net W (2) X (1, 2.5,3.5,2)(0,1, 1,1.5) 3
3 T 3 T
W (3) W (2) sgn(net 3 ) X 3 (1, 3.5, 4.5,0.5)T
3 T 3
o f (net )
3 3
3
1 e 1 e
net 3 net 3
0.842
1 f (net ) [1 (o3 ) 2 ] 0.145 2
W (3) W (2) (d 3 o3 ) f (net 3 ) X 3 (0.505, 0.974, 0.929, 0.016)T
2.4.2 Perceptron学习规则
学习信号：
r d j oj
权调整公式： Wj
[d j sgn(Wj X )]X
T ij
权分量调整公式：w
[d j sgn(Wj X )]xi
T
由于采用符号函数，符合期望时不调整，否则， 权值特征公式为： Wj 2 X
Wj (t 1) Wj (t ) r[Wj (t ), X (t ), d j (t )]X (t )
2.4.1 Hebb学习规则
学习信号：
r f (Wj X )
T
权调整公式： Wj
f (Wj X ) X
T ij
权分量调整公式：w
f (Wj X ) xi o j xi
利用矩阵表示如下：
net'j=WjTX
其中：
(2.4)
Wj=(w1,w2,…,wn)T X=(x1,x2,…,xn)T
令
则有
x0=-1，w0=Tj -Tj = x0w0
net j T j net j
i 0
n
wij xi W T j X
(2.5) (2.6)
oj=f(netj)=f (WjTX)
• 2.1.1 生物神经元结构 • 每个神经元都包括四个部分：细胞体(cell body)、树突 (dendrite)和轴突(axon)和突触(synapse)。 每个神经元大约有1000~100000个突触。若干神经元 以突触相连构成神经网络。
b) 突触结构图
(a) 简单神经元网络图 c) 简化后的网络示意图 图2. 1 简单神经元网络及其简化结构图
〇 〇 〇 〇
〇 〇 〇 〇
〇 〇 〇 〇
还有一种稀疏连接型
2.3.2网络信息流向类型：2种
前 馈 型 网 络
○ ○ ○ ○ ○
○
○ ○ ○ ○ ○
○
〇
反 馈 型 网 络
〇 〇 〇 〇
〇
拓扑结构是神经网络特征的第二大要素
2.4 神经网络学习
神经网络能够通过对样本的学习训练， 不断改变网络的连接权值以及拓扑结构，以 使网络的输出不断地接近期望的输出。这一 过程称为神经网络的学习或训练，其本质是 可变权值的动态调整。
四、生物神经网络
以确定方式和拓扑结构互连而成，完 成信息采集、存储、综合处理等功能。
人类社会关系亦如此。
2. 2 人工神经元模型 2. 2. 1 神经元的建模 最早提出且影响巨大的是1943年McCulloch和 W.Pitts提出的M-P模型，具有6点假设：
(1) 每个神经元都是一个多输入单输出的信息处理单元；
(2) 神经元输入分兴奋性输入和抑制性输入两种类型；
(3) 神经元具有空间整合特性和阈值特性； (4) 神经元输入与输出间有固定的时滞, 主要取决于突触
延搁； (5) 忽略时间整合作用和不应期；
(6) 神经元本身是非时变的，即其突触时延和突触强度
均为常数。
x1 ┆ xi ┆ xn
(a)多输入单输出
1 e net f (net ) 解：设转换函数为： 1 e net
(1)
net1 W (0)T X 1 2.5
f ( x)
o f (net )
1 1
1
1 e 1 e
net1 net1
1 [1 f 2 ( x )] 2
0.848
1 f (net ) [1 (o1 )2 ] 0.14 2
i
f ( xi )
信息输入
人工神经元－信息处理单元
i
f ( xi )
信息传播与处理：加权求和
人工神经元－信息处理单元
i
f ( xi )
信息传播
人工神经元－信息处理单元
i
f ( xi )
信息传播与处理：非线性
人工神经元－信息处理单元
i
f ( xi )
信息输出
转换函数是神经网络特征的第一大要素。
* *
权分量调整公式：
wm ( xi wim )
要求：权值归一化 特点：胜者为王、无导师学习
2.4.4 Outstar学习规则
权调整公式：
息处理机理
• ������
一、信息的产生
研究认为，神经元间信息的产生、传递和处理 是一种电化学活动。由膜内外离子浓度决定。
神经元状态： 膜电位：
静息 兴奋 抑制
极 化polarization 去极化depolarization 超极化hypeypolarization