BP神经网络及深度学习研究

摘要：人工神经网络是一门交叉性学科，已广泛于医学、生物学、生理学、哲学、信息学、计算机科学、认知学等多学科交叉技术领域，并取得了重要成果。BP（Back Propagation）神经网络是一种按误差逆传播算法训练的多层前馈网络，是目前应用最广泛的神经网络模型之一。本文将主要介绍神经网络结构，重点研究BP神经网络原理、BP神经网络算法分析及改进和深度学习的研究。

关键词：BP神经网络、算法分析、应用

1引言

人工神经网络（Artificial Neural Network，即ANN ），作为对人脑最简单的一种抽象和模拟，是人们模仿人的大脑神经系统信息处理功能的一个智能化系统，是20世纪80 年代以来人工智能领域兴起的研究热点。人工神经网络以数学和物理方法以及信息处理的角度对人脑神经网络进行抽象，并建立某种简化模型，旨在模仿人脑结构及其功能的信息处理系统。

人工神经网络最有吸引力的特点就是它的学习能力。因此从20世纪40年代人工神经网络萌芽开始，历经两个高潮期及一个反思期至1991年后进入再认识与应用研究期，涌现出无数的相关研究理论及成果，包括理论研究及应用研究。最富有成果的研究工作是多层网络BP算法，Hopfield网络模型，自适应共振理论，自组织特征映射理论等。因为其应用价值，该研究呈愈演愈烈的趋势，学者们在多领域中应用[1]人工神经网络模型对问题进行研究优化解决。

人工神经网络是由多个神经元连接构成，因此欲建立人工神经网络模型必先建立人工神经元模型，再根据神经元的连接方式及控制方式不同建立不同类型的人工神经网络模型。现在分别介绍人工神经元模型及人工神经网络模型。

1.1人工神经元模型

仿生学在科技发展中起着重要作用，人工神经元模型的建立来源于生物神经元结构的仿生模拟，用来模拟人工神经网络[2]。人们提出的神经元模型有很多，其中最早提出并且影响较大的是1943年心理学家McCulloch和数学家W.Pitts在分析总结神经元基本特性的基础上首先提出的MP模型。该模型经过不断改进后，形成现在广泛应用的BP神经元模型。人工神经元模型是由人量处理单元厂泛互连而成的网络，是人脑的抽象、简化、模拟，反映人脑的基本特性。一般来说，作为人工神经元模型应具备三个要素：

(1)具有一组突触或连接，常用

w表示神经元i和神经元j之间的连接强度。

(2)具有反映生物神经元时空整合功能的输入信号累加器。

(3) 具有一个激励函数f 用于限制神经元输出。激励函数将输出信号限制在

一个允许范围内。

一个典型的人工神经元模型如图1-1所示。

x 1

x j x x

图1-1人工神经元模型

其中j x 为神经元i 的输入信号，ij w 为连接权重，b 为外部刺激，f 为激励函数，i y 为神经元的输出，其输出计算公式如(1.1)。

1N i ij j j y f w x b =??=+ ???∑ (1.1)

1.2 人工神经网络模型

建立神经元模型后，将多个神经元进行连接即可建立人工神经网络模型。神经网络的类型多种多样，它们是从不同角度对生物神经系统不同层次的抽象和模拟。从功能特性和学习特性来分，典型的神经网络模型主要包括感知器、线性神经网络、BP 网络、径向基函数网络、自组织映射网络和反馈神经网络等。一般来说，当神经元模型确定后，一个神经网络的特性及其功能主要取决于网络的拓扑结构及学习方法。从网络拓扑结构角度来看，神经网络可以分为以下四种基本形式[3]：前向网络、有反馈的前向网络、层内互边前向网络和互连网络。

神经网络结构如图1-2，其中子图的图(a)为前向网络结构，图(b)有反馈的前向网络结构、图(c)层内互边前向网络结构和图(d)互连网络结构。

根据有无反馈，亦可将神经网络划分为：无反馈网络和有反馈网络。无反馈网络为前馈神经网络(Feed Forward NNs ，FFNNs)，有反馈网络为递归神经网络和(Recurrent NNs ，RNNs) 。

图(a)前向网络

图(b)有反馈前向网络

图(c)层内互边前向网络图(d)互联网络

图1-2神经网络拓扑结构图

2BP神经网络原理

BP神经网络是一种按误差逆传播BP(Back Propagation)算法训练的多层前馈网络，由它最初是由Pau1werboSS在1974年提出，但未传播，直到20世纪80年代中期Rumelhart[4]、Hinton和Williams、DavidParker[5]和YannLeCun[6]重新发现了BP算法，同时因此算法被包括在《并行分布处理》(ParallelDistributedProcessing)，此算法才广为人知。目前BP算法已成为应用最广泛的神经网络学习算法，据统计有近90%的神经网络应用是基于BP算法的。

BP神经网络学习是由信息的正向传播和误差的反向传播两个过程组成。BP 神经网络的学习规则是使用最速下降法，通过反向传播来不断调整网络的权值和阈值，使网络的误差平方和最小。BP网络的神经元采用的传递函数通常是

Sigmoid型可微函数，所以可以实现输入和输出间的任意非线性映射，这使得它在诸如信号处理、计算机网络、过程控制、语音识别、函数逼近、模式识别及数据压缩等领域均取得了成功的应用。

2.1BP神经网络结构

BP网络的基本结构如图2-1所示，其模型拓扑结构包括输入层（input）、隐层(hidden layer)和输出层(output layer)三层结构。

输入层各神经元负责接收来自外界的输入信息，并传递给中间层各神经元；中间层是内部信息处理层，负责信息变换，根据信息变化能力的需求。中间层可以设计为单隐层或者多隐层结构；最后一个隐层传递到输出层各神经元的信息，经进一步处理后，完成一次学习的正向传播处理过程，由输出层向外界输出信息处理结果。隐层节点一般采用Sigmoid型函数，输入和输出节点可以采用Sigmoid 型函数或者线性函数。

输入层隐层输出层

图2-1 BP神经网络结构图

2.2BP神经算法原理

BP算法由正向传播和反向传播两部分组成。在正向传播过程中，输入信息从输入层经隐层单元处理后，传至输出层。每一层神经元的状态只影响下一层神经元的状态。当实际输出与期望输出不符时，进入误差的反向传播阶段。把误差通过输出层沿连接路径返回，按误差梯度下降的方式修正各层权值，向隐层、输入层逐层反传。周而复始的信息正向传播和误差反向传播过程，是各层权值不断调整的过程，通过修改各层神经元之间的连接权值，也是神经网络学习训练的过程，此过程一直进行到网络输出的误差信号减少到可以接受的程度，或者预先设定的学习次数为止。

BP 神经网络模型[7]包括其输入输出模型、作用函数模型、误差计算模型和自学习模型。

(1) 节点的输出模型

BP 神经网络的节点输出包括隐层节点输出和输出节点输出。其中，隐层节点输出模型为：

()ij i j j w x q Q f ?-=∑ (1.2) 输出节点输出模型为：

()jk j k k T O f q Y ?-= (1.3)

其中，f 为非线形作用函数，q 为神经单元的阈值，ij w 为输入节点i x 对隐

层节点j x 的影响权重。

(2) 作用函数模型

作用函数是反映下层输入对上层节点刺激脉冲强度的函数又称刺激函数，一般取为(0，1)内连续取值Sigmoid 函数： 1()1Qx f x e

-=+ (1.4) 它反映了神经元的饱和特性。上式中，Q 为表示神经元非线性的参数，称增益值(Gain)，也称调节参数。Q 值越大，S 形曲线越陡峭；反之，Q 值越小，S 形曲线越平坦；一般取Q=1。

(3) 误差计算模型

误差计算模型是反映神经网络期望输出与计算输出之间误差大小的函数，其计算如下： 211 ()2N p p p E T Q N ==?-∑ (1.5)

其中p T 网络目标输出。

(4) 自学习模型

神经网络的学习过程，即连接下层节点和上层节点之间的权重矩阵ij W 的设

定和误差修正过程。BP 网络学习分为有监督学习和无监督学习。有监督学习需要设定期望值，无监督学习方式只需输入模式之分。自学习模型为

()()1 ?ij i j ij W n h ФO W n α?+=??+?? (1.6)

其中，h 为学习因子；i Φ输出节点i 的计算误差；j Q 为输出节点j 的计算输

出；α为动量因子。

BP 模型把一组输入输出样本的函数问题转变为一个非线性优化问题，并使用了优化技术中最普通的梯度下降法。如果把神经网络看成是输入到输出的映射，则这个映射是一个高度非线性映射。BP 算法程序框图如图2-2所示。

图2-2 BP学习算法框图

3BP神经网络算法分析及改进

BP算法现在已成为目前应用最广泛的神经网络学习算法，它在函数逼近、模式识别、分类、数据压缩等领域有着更加广泛的应用。但它存在学习收敛速度慢、容易陷入局部极小点而无法得到全局最优解、且对初始权值的选取很敏感等缺点。具体如下：

(1)在权值调整上采用梯度下降法作为优化算法，极易陷入局部极小。

(2)学习算法的收敛速度很慢，收敛速度还与初始权值和传输函数的选择有

关。

(3)网络的结构设计,即隐节点数的选择，尚无理论指导，具有很大的盲目性。

(4)新加入的样本对已经学好的样本影响较大，且每个输入样本的特征数目

要求相同，泛化能力较差。

针对BP算法存在的缺陷，目前国内外已有不少人对BP网络进行了大量的研究，提出了各种不同的改进方案，如优化训练输入参数，加入动量参数，以及学习步长的适应调整，采用带动量的自学习率BP算法，动态全参数自调整学习算法，记忆式初值权值和阀值方法，快速自适应学习算法等，这些方案均提高

BP 神经网络收敛速度。

比较典型的改进方法如下：

(1) 启发式改进

为了使学习速率足够大，又不易产生振荡，根据Rumelhart 的建议，在权值调整算式中，加入“动量项”，，即 ()(1)()[()(1)]()ji ji ji ji ji E t W t W t W t W t W t ηβ?+=++--? (1.7)

其中上式第二项为常规BP 算法的修正量，第三项为动量项，其中β为调节因子。

通过可变学习步长可以提高收敛速度。可变学习速度(可变步长)的基本思想为：先设一初始步长：若一次迭代后误差函数E 增大，则将步长乘以小于1的常数，沿原来方向重新计算下一个迭代点；若一次迭代后误差函数E 减少，则将步长乘以大于l 的常数。

(2) BP 算法的数值优化

采用共轭梯度法和Levenberg-Marqardt 算法可以提高数值精度。共轭梯度法选择与梯度相反的方向作为第一次搜索方向，再使函数沿搜索方向极小化，再确定下一个搜索方向，直至收敛。而Levenberg-Marqardt 算法是牛顿法的变形，用以最小化那些作为其他非线性函数平方和的函数，这非常适合于性能指数是均方误差的神经网络训练。

Levenberg-Marqardt 算法为：

1[()()]()()T T k k k k k k X J X J X I J X V X μ-?=-+ (1.8)

其中，121,12,11,2,1,[,][,]M M T n S S Q V v v v e e e e e ==

111111112121,11,2121,1,[][]M

T M n S R S S X x x x w w w b b b w b == 11111,1

1,11,11,11

111,11,21,2,1

2,12,12,1111

11,11,21,,1,1,1

,1111

11,11,21,1,21,21,2

1,2111

11,11,21,()M M M M S R S R

S S S S S R

S R

e e e e w w w b e e e e w w w b J X e e e e w w w b e e e e w w w b ????????????????=????????????????

(1.9) 当k μ增加时，此算法接近于有小的学习速度的最速下降算法，当k μ下降为

0时，算法变成了高斯-牛顿法。

4深度学习的研究

BP算法作为传统训练多层网络的典型算法，实际上对仅含几层网络，该训练方法就已经很不理想。深度结构（涉及多个非线性处理单元层）非凸目标代价函数中普遍存在的局部最小是训练困难的主要来源。

BP算法存在的问题：

(1)梯度越来越稀疏：从顶层越往下，误差校正信号越来越小；

(2)收敛到局部最小值：尤其是从远离最优区域开始的时候（随机值初始化

会导致这种情况的发生）；

(3)一般，我们只能用有标签的数据来训练：但大部分的数据是没标签的，

而大脑可以从没有标签的的数据中学习；

深度学习[8]是机器学习研究中的一个新的领域，其动机在于建立、模拟人脑进行分析学习的神经网络，是神经网络的发展。深度学习通过组合低层特征形成更加抽象的高层表示属性类别或特征，以发现数据的分布式特征表示。

深度学习是关于自动学习要建模的数据的潜在（隐含）分布的多层（复杂）表达的算法。换句话来说，深度学习算法自动的提取分类需要的低层次或者高层次特征。高层次特征，一是指该特征可以分级（层次）地依赖其他特征，例如：对于机器视觉，深度学习算法从原始图像去学习得到它的一个低层次表达，例如边缘检测器，小波滤波器等，然后在这些低层次表达的基础上再建立表达，例如这些低层次表达的线性或者非线性组合，然后重复这个过程，最后得到一个高层次的表达。

Deep Learning训练过程具体如下：

(1)使用自下上升非监督学习

采用无标定数据（有标定数据也可）分层训练各层参数，这一步可以看作是一个无监督训练过程，是和传统神经网络区别最大的部分（这个过程可以看作是feature learning过程）：

具体的，先用无标定数据训练第一层，训练时先学习第一层的参数（这一层可以看作是得到一个使得输出和输入差别最小的三层神经网络的隐层），由于模型capacity的限制以及稀疏性约束，使得得到的模型能够学习到数据本身的结构，从而得到比输入更具有表示能力的特征；在学习得到第n-1层后，将n-1层的输出作为第n层的输入，训练第n层，由此分别得到各层的参数；

(2)自顶向下的监督学习

基于第一步得到的各层参数进一步fine-tune整个多层模型的参数，这一步是一个有监督训练过程；第一步类似神经网络的随机初始化初值过程，由于DL 的第一步不是随机初始化，而是通过学习输入数据的结构得到的，因而这个初值更接近全局最优，从而能够取得更好的效果；所以Deep Learning效果好很大程度上归功于第一步的feature learning过程

Deep learning存在待解决的问题：

(1)对于一个特定的框架，对于多少维的输入它可以表现得较优（如果是图

像，可能是上百万维）？

(2)对捕捉短时或者长时间的时间依赖，哪种架构才是有效的？

(3)如何对于一个给定的深度学习架构，融合多种感知的信息？

(4)有什么正确的机理可以去增强一个给定的深度学习架构，以改进其鲁棒

性和对扭曲和数据丢失的不变性？

(5)模型方面是否有其他更为有效且有理论依据的深度模型学习算法？

5总结

本文主要介绍神经网络的起源，神经元模型与神经网络模型，根据神经网络结构的不同进行分类，将神经网络分为前馈神经网络(Feed Forward NNs，FFNNs)，有反馈网络为递归神经网络和(Recurrent NNs，RNNs)。随后重点研究BP神经网络，包括BP神经网络的原理、BP算法分析及改进。最后研究神经网络的一种发展应用即深度学习的研究，包括深度学习的过程，优势，缺陷，未来的研究方向。

参考文献

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(CVPR), 2014 IEEE Conference on. IEEE, 2014: 1725-1732.

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[8]J Schmidhuber. Deep learning in neural networks: An overview. Neural

Networks, 2015, 61: 85-117.

(完整版)深度神经网络及目标检测学习笔记(2)

深度神经网络及目标检测学习笔记 https://youtu.be/MPU2HistivI 上面是一段实时目标识别的演示，计算机在视频流上标注出物体的类别，包括人、汽车、自行车、狗、背包、领带、椅子等。今天的计算机视觉技术已经可以在图片、视频中识别出大量类别的物体，甚至可以初步理解图片或者视频中的内容，在这方面，人工智能已经达到了3岁儿童的智力水平。这是一个很了不起的成就，毕竟人工智能用了几十年的时间，就走完了人类几十万年的进化之路，并且还在加速发展。道路总是曲折的，也是有迹可循的。在尝试了其它方法之后，计算机视觉在仿生学里找到了正确的道路（至少目前看是正确的）。通过研究人类的视觉原理，计算机利用深度神经网络（Deep Neural Network，NN）实现了对图片的识别，包括文字识别、物体分类、图像理解等。在这个过程中，神经元和神经网络模型、大数据技术的发展，以及处理器（尤其是GPU）强大的算力，给人工智能技术的发展提供了很大的支持。本文是一篇学习笔记，以深度优先的思路，记录了对深度学习（Deep Learning）的简单梳理，主要针对计算机视觉应用领域。一、神经网络 1.1 神经元和神经网络神经元是生物学概念，用数学描述就是：对多个输入进行加权求和，并经过激活函数进行非线性输出。由多个神经元作为输入节点，则构成了简单的单层神经网络（感知器），可以进行线性分类。两层神经网络则可以完成复杂一些的工作，比如解决异或问题，而且具有非常好的非线性分类效果。而多层（两层以上）神经网络，就是所谓的深度神经网络。神经网络的工作原理就是神经元的计算，一层一层的加权求和、激活，最终输出结果。深度神经网络中的参数太多（可达亿级），必须靠大量数据的训练来“这是苹在父母一遍遍的重复中学习训练的过程就好像是刚出生的婴儿，设置。．果”、“那是汽车”。有人说，人工智能很傻嘛，到现在还不如三岁小孩。其实可以换个角度想：刚出生婴儿就好像是一个裸机，这是经过几十万年的进化才形成的，然后经过几年的学习，就会认识图片和文字了；而深度学习这个“裸机”用了几十年就被设计出来，并且经过几个小时的“学习”，就可以达到这个水平了。 1.2 BP算法神经网络的训练就是它的参数不断变化收敛的过程。像父母教婴儿识图认字一样，给神经网络看一张图并告诉它这是苹果，它就把所有参数做一些调整，使得它的计算结果比之前更接近“苹果”这个结果。经过上百万张图片的训练，它就可以达到和人差不多的识别能力，可以认出一定种类的物体。这个过程是通过反向传播（Back Propagation，BP）算法来实现的。建议仔细看一下BP算法的计算原理，以及跟踪一个简单的神经网络来体会训练的过程。

深度学习系列(7)：神经网络的优化方法

机器?学习中，梯度下降法常?用来对相应的算法进?行行训练。常?用的梯度下降法包含三种不不同的形式，分别是BGD 、SGD 和MBGD ，它们的不不同之处在于我们在对?目标函数进?行行梯度更更新时所使?用的样本量量的多少。以线性回归算法来对三种梯度下降法进?行行?比较。 ?一般线性回归函数的假设函数为：（即有n 个特征）对应的损失函数为下图即为?一个?二维参数和组对应的损失函数可视化图像：批量量梯度下降法（Batch Gradient Descent ，简称BGD ）是梯度下降法最原始的形式，它的具体思路路是在更更新每?一参数时都使?用所有的样本来进?行行更更新，其数学形式如下：深度学习系列列（7）：神经?网络的优化?方法?一、Gradient Descent [Robbins and Monro, 1951,Kiefer et al., 1952] = h θ∑j =0n θj x j L (θ)=12m ∑i =1 m (h ()?)x i y i 2θ0θ11.1 BGD （Batch Gradient Descent ）

还是以上?面?小球的例例?子来看，momentum ?方式下?小球完全是盲?目被动的?方式滚下的。这样有个缺三、NAG （Nesterov accelerated gradient ）[Nesterov, 1983]

点就是在邻近最优点附近是控制不不住速度的。我们希望?小球可以预判后?面的“地形”，要是后?面地形还是很陡峭，那就继续坚定不不移地?大胆?走下去，不不然的话就减缓速度。当然，?小球?自?己也不不知道真正要?走到哪?里里，这?里里以作为下?一个位置的近似，将动量量的公式更更改为：相?比于动量量?方式考虑的是上?一时刻的动能和当前点的梯度，?而NAG 考虑的是上?一时刻的梯度和近似下?一点的梯度，这使得它可以先往前探探路路，然后慎重前进。 Hinton 的slides 是这样给出的：其中两个blue vectors 分别理理解为梯度和动能，两个向量量和即为momentum ?方式的作?用结果。?而靠左边的brown vector 是动能，可以看出它那条blue vector 是平?行行的，但它预测了了下?一阶段的梯度是red vector ，因此向量量和就是green vector ，即NAG ?方式的作?用结果。 momentum 项和nesterov 项都是为了了使梯度更更新更更加灵活，对不不同情况有针对性。但是，?人?工设置?一些学习率总还是有些?生硬，接下来介绍?几种?自适应学习率的?方法训练深度?网络的时候，可以让学习率随着时间退?火。因为如果学习率很?高，系统的动能就过?大，参数向量量就会?无规律律地变动，?无法稳定到损失函数更更深更更窄的部分去。对学习率衰减的时机把握很有技巧：如果慢慢减?小，可能在很?长时间内只能浪费计算资源然后看着它混沌地跳动，实际进展很少；但如果快速地减少，系统可能过快地失去能量量，不不能到达原本可以到达的最好位置。通常，实现学习率退?火有三种?方式： θ?γv t ?1 =γ+ηJ (θ?γ) v t v t ?1?θv t ?1θ=θ?v t 四、学习率退?火

零基础入门深度学习(5) - 循环神经网络

[关闭] 零基础入门深度学习(5) - 循环神经网络机器学习深度学习入门无论即将到来的是大数据时代还是人工智能时代，亦或是传统行业使用人工智能在云上处理大数据的时代，作为一个有理想有追求的程序员，不懂深度学习（Deep Learning）这个超热的技术，会不会感觉马上就out了？现在救命稻草来了，《零基础入门深度学习》系列文章旨在讲帮助爱编程的你从零基础达到入门级水平。零基础意味着你不需要太多的数学知识，只要会写程序就行了，没错，这是专门为程序员写的文章。虽然文中会有很多公式你也许看不懂，但同时也会有更多的代码，程序员的你一定能看懂的（我周围是一群狂热的Clean Code程序员，所以我写的代码也不会很差）。文章列表零基础入门深度学习(1) - 感知器零基础入门深度学习(2) - 线性单元和梯度下降零基础入门深度学习(3) - 神经网络和反向传播算法零基础入门深度学习(4) - 卷积神经网络零基础入门深度学习(5) - 循环神经网络零基础入门深度学习(6) - 长短时记忆网络(LSTM) 零基础入门深度学习(7) - 递归神经网络往期回顾在前面的文章系列文章中，我们介绍了全连接神经网络和卷积神经网络，以及它们的训练和使用。他们都只能单独的取处理一个个的输入，前一个输入和后一个输入是完全没有关系的。但是，某些任务需要能够更好的处理序列的信息，即前面的输入和后面的输入是有关系的。比如，当我们在理解一句话意思时，孤立的理解这句话的每个词是不够的，我们需要处理这些词连接起来的整个序列；当我们处理视频的时候，我们也不能只单独的去分析每一帧，而要分析这些帧连接起来的整个序列。这时，就需要用到深度学习领域中另一类非常重要神经网络：循环神经网络(Recurrent Neural Network)。RNN种类很多，也比较绕脑子。不过读者不用担心，本文将一如既往的对复杂的东西剥茧抽丝，帮助您理解RNNs以及它的训练算法，并动手实现一个循环神经网络。语言模型 RNN是在自然语言处理领域中最先被用起来的，比如，RNN可以为语言模型来建模。那么，什么是语言模型呢？我们可以和电脑玩一个游戏，我们写出一个句子前面的一些词，然后，让电脑帮我们写下接下来的一个词。比如下面这句：我昨天上学迟到了，老师批评了____。我们给电脑展示了这句话前面这些词，然后，让电脑写下接下来的一个词。在这个例子中，接下来的这个词最有可能是『我』，而不太可能是『小明』，甚至是『吃饭』。语言模型就是这样的东西：给定一个一句话前面的部分，预测接下来最有可能的一个词是什么。语言模型是对一种语言的特征进行建模，它有很多很多用处。比如在语音转文本(STT)的应用中，声学模型输出的结果，往往是若干个可能的候选词，这时候就需要语言模型来从这些候选词中选择一个最可能的。当然，它同样也可以用在图像到文本的识别中(OCR)。使用RNN之前，语言模型主要是采用N-Gram。N可以是一个自然数，比如2或者3。它的含义是，假设一个词出现的概率只与前面N个词相关。我

(完整版)深度神经网络全面概述

深度神经网络全面概述从基本概念到实际模型和硬件基础深度神经网络(DNN)所代表的人工智能技术被认为是这一次技术变革的基石(之一)。近日，由IEEE Fellow Joel Emer 领导的一个团队发布了一篇题为《深度神经网络的有效处理：教程和调研(Efficient Processing of Deep Neural Networks: A Tutorial and Survey)》的综述论文，从算法、模型、硬件和架构等多个角度对深度神经网络进行了较为全面的梳理和总结。鉴于该论文的篇幅较长，机器之心在此文中提炼了原论文的主干和部分重要内容。目前，包括计算机视觉、语音识别和机器人在内的诸多人工智能应用已广泛使用了深度神经网络(deep neural networks，DNN)。DNN 在很多人工智能任务之中表现出了当前最佳的准确度，但同时也存在着计算复杂度高的问题。因此，那些能帮助DNN 高效处理并提升效率和吞吐量，同时又无损于表现准确度或不会增加硬件成本的技术是在人工智能系统之中广泛部署DNN 的关键。论文地址：https://https://www.360docs.net/doc/9714242697.html,/pdf/1703.09039.pdf 本文旨在提供一个关于实现DNN 的有效处理(efficient processing)的目标的最新进展的全面性教程和调查。特别地，本文还给出了一个DNN 综述——讨论了支持DNN 的多种平台和架构，并强调了最新的有效处理的技术的关键趋势，这些技术或者只是通过改善硬件设计或者同时改善硬件设计和网络算法以降低DNN 计算成本。本文也会对帮助研究者和从业者快速上手DNN 设计的开发资源做一个总结，并凸显重要的基准指标和设计考量以评估数量快速增长的DNN 硬件设计，还包括学界和产业界共同推荐的算法联合设计。读者将从本文中了解到以下概念：理解DNN 的关键设计考量;通过基准和对比指标评估不同的DNN 硬件实现;理解不同架构和平台之间的权衡;评估不同DNN 有效处理技术的设计有效性;理解最新的实现趋势和机遇。一、导语深度神经网络(DNN)目前是许多人工智能应用的基础[1]。由于DNN 在语音识别[2] 和图像识别[3] 上的突破性应用，使用DNN 的应用量有了爆炸性的增长。这些DNN 被部署到了从自动驾驶汽车[4]、癌症检测[5] 到复杂游戏[6] 等各种应用中。在这许多领域中，DNN 能够超越人类的准确率。而DNN 的出众表现源于它能使用统计学习方法从原始感官数据中提取高层特征，在大量的数据中获得输入空间的有效表征。这与之前使用手动提取特征或专家设计规则的方法不同。然而DNN 获得出众准确率的代价是高计算复杂性成本。虽然通用计算引擎(尤其是GPU)，已经成为许多DNN 处理的砥柱，但提供对DNN 计算更专门化的加速方法也越来越热门。本文的目标是提供对DNN、理解DNN 行为的各种工具、有效加速计算的各项技术的概述。该论文的结构如下：

神经网络及深度学习

可用于自动驾驶的神经网络及深度学习高级辅助驾驶系统(ADAS)可提供解决方案，用以满足驾乘人员对道路安全及出行体验的更高要求。诸如车道偏离警告、自动刹车及泊车辅助等系统广泛应用于当前的车型，甚至是功能更为强大的车道保持、塞车辅助及自适应巡航控制等系统的配套使用也让未来的全自动驾驶车辆成为现实。作者：来源：电子产品世界|2017-02-27 13:55 收藏分享高级辅助驾驶系统(ADAS)可提供解决方案，用以满足驾乘人员对道路安全及出行体验的更高要求。诸如车道偏离警告、自动刹车及泊车辅助等系统广泛应用于当前的车型，甚至是功能更为强大的车道保持、塞车辅助及自适应巡航控制等系统的配套使用也让未来的全自动驾驶车辆成为现实。如今，车辆的很多系统使用的都是机器视觉。机器视觉采用传统信号处理技术来检测识别物体。对于正热衷于进一步提高拓展ADAS功能的汽车制造业而言，深度学习神经网络开辟了令人兴奋的研究途径。为了实现从诸如高速公路全程自动驾驶仪的短时辅助模式到专职无人驾驶旅行的自动驾驶，汽车制造业一直在寻求让响应速度更快、识别准确度更高的方法，而深度学习技术无疑为其指明了道路。以知名品牌为首的汽车制造业正在深度学习神经网络技术上进行投资，并向先进的计算企业、硅谷等技术引擎及学术界看齐。在中国，百度一直在此技术上保持领先。百度计划在2019 年将全自动汽车投入商用，并加大全自动汽车的批量生产力度，使其在2021 年可广泛投入使用。汽车制造业及技术领军者之间的密切合作是嵌入式系统神经网络发展的催化剂。这类神经网络需要满足汽车应用环境对系统大小、成本及功耗的要求。 1轻型嵌入式神经网络卷积式神经网络(CNN)的应用可分为三个阶段：训练、转化及CNN在生产就绪解决方案中的执行。要想获得一个高性价比、针对大规模车辆应用的高效结果，必须在每阶段使用最为有利的系统。训练往往在线下通过基于CPU的系统、图形处理器(GPU)或现场可编程门阵列(FPGA)来完成。由于计算功能强大且设计人员对其很熟悉，这些是用于神经网络训练的最为理想的系统。在训练阶段，开发商利用诸如Caffe(Convolution Architecture For Feature Extraction，卷积神经网络架构)等的框架对CNN 进行训练及优化。参考图像数据库用于确定网络中神经元的最佳权重参数。训练结束即可采用传统方法在CPU、GPU 或FPGA上生成网络及原型，尤其是执行浮点运算以确保最高的精确度。作为一种车载使用解决方案，这种方法有一些明显的缺点。运算效率低及成本高使其无法在大批量量产系统中使用。 CEVA已经推出了另一种解决方案。这种解决方案可降低浮点运算的工作负荷，并在汽车应用可接受的功耗水平上获得实时的处理性能表现。随着全自动驾驶所需的计算技术的进一步发展，对关键功能进行加速的策略才能保证这些系统得到广泛应用。利用被称为CDNN的框架对网络生成策略进行改进。经过改进的策略采用在高功耗浮点计算平台上(利用诸如Caffe的传统网络生成器)开发的受训网络结构和权重，并将其转化为基于定点运算，结构紧凑的轻型的定制网络模型。接下来，此模型会在一个基于专门优化的成像和视觉DSP芯片的低功耗嵌入式平台上运行。图1显示了轻型嵌入式神经网络的生成

吴恩达深度学习课程：神经网络和深度学习

吴恩达深度学习课程：神经网络和深度学习[中英文字幕+ppt课件] 内容简介吴恩达（Andrew Ng）相信大家都不陌生了。2017年8 月8 日，吴恩达在他自己创办的在线教育平台Coursera 上线了他的人工智能专项课程（Deep Learning Specialization）。此课程广受好评，通过视频讲解、作业与测验等让更多的人对人工智能有了了解与启蒙，国外媒体报道称：吴恩达这次深度学习课程是迄今为止，最全面、系统和容易获取的深度学习课程，堪称普通人的人工智能第一课。关注微信公众号datayx 然后回复“深度学习”即可获取。第一周深度学习概论：学习驱动神经网络兴起的主要技术趋势，了解现今深度学习在哪里应用、如何应用。 1.1 欢迎来到深度学习工程师微专业 1.2 什么是神经网络？ 1.3 用神经网络进行监督学习 1.4 为什么深度学习会兴起？ 1.5 关于这门课

1.6 课程资源第二周神经网络基础：学习如何用神经网络的思维模式提出机器学习问题、如何使用向量化加速你的模型。 2.1 二分分类 2.2 logistic 回归 2.3 logistic 回归损失函数 2.4 梯度下降法 2.5 导数 2.6 更多导数的例子 2.7 计算图 2.8 计算图的导数计算 2.9 logistic 回归中的梯度下降法 2.10 m 个样本的梯度下降 2.11 向量化 2.12 向量化的更多例子 2.13 向量化logistic 回归 2.14 向量化logistic 回归的梯度输出 2.15 Python 中的广播 2.16 关于python / numpy 向量的说明 2.17 Jupyter / Ipython 笔记本的快速指南 2.18 （选修）logistic 损失函数的解释第三周浅层神经网络：

深度神经网络及目标检测学习笔记

深度神经网络及目标检测学习笔记ｈｔｔps://youtu.bｅ/MPU2ＨistivI 上面是一段实时目标识别的演示，计算机在视频流上标注出物体的类别,包括人、汽车、自行车、狗、背包、领带、椅子等。今天的计算机视觉技术已经可以在图片、视频中识别出大量类别的物体，甚至可以初步理解图片或者视频中的内容，在这方面,人工智能已经达到了３岁儿童的智力水平。这是一个很了不起的成就,毕竟人工智能用了几十年的时间，就走完了人类几十万年的进化之路,并且还在加速发展。道路总是曲折的，也是有迹可循的。在尝试了其它方法之后，计算机视觉在仿生学里找到了正确的道路(至少目前看是正确的)。通过研究人类的视觉原理,计算机利用深度神经网络(ＤｅeｐＮｅuｒal Nｅtwork，NＮ)实现了对图片的识别,包括文字识别、物体分类、图像理解等。在这个过程中,神经元和神经网络模型、大数据技术的发展，以及处理器(尤其是GPU）强大的算力，给人工智能技术的发展提供了很大的支持。本文是一篇学习笔记,以深度优先的思路,记录了对深度学习(Deｅp Learning）的简单梳理,主要针对计算机视觉应用领域。一、神经网络１．1 神经元和神经网络神经元是生物学概念,用数学描述就是:对多个输入进行加权求和,并经过激活函数进行非线性输出。由多个神经元作为输入节点,则构成了简单的单层神经网络（感知器),可以进行线性分类。两层神经网络则可以完成复杂一些的工作,比如解决异或问题，而且具有非常好的非线性分类效果。而多层(两层以上)神经网络,就是所谓的深度神经网络。神经网络的工作原理就是神经元的计算，一层一层的加权求和、激活，最终输出结果。深度神经网络中的参数太多（可达亿级），必须靠大量数据的训练来设置。训练的过程就好像是刚出生的婴儿，在父母一遍遍的重复中学习“这是苹

BP神经网络及深度学习研究-综述(最新整理)

BP神经网络及深度学习研究摘要：人工神经网络是一门交叉性学科，已广泛于医学、生物学、生理学、哲学、信息学、计算机科学、认知学等多学科交叉技术领域，并取得了重要成果。BP（Back Propagation）神经网络是一种按误差逆传播算法训练的多层前馈网络，是目前应用最广泛的神经网络模型之一。本文将主要介绍神经网络结构，重点研究BP神经网络原理、BP神经网络算法分析及改进和深度学习的研究。关键词：BP神经网络、算法分析、应用 1 引言人工神经网络（Artificial Neural Network，即ANN ），作为对人脑最简单的一种抽象和模拟，是人们模仿人的大脑神经系统信息处理功能的一个智能化系统，是20世纪80 年代以来人工智能领域兴起的研究热点。人工神经网络以数学和物理方法以及信息处理的角度对人脑神经网络进行抽象，并建立某种简化模型，旨在模仿人脑结构及其功能的信息处理系统。人工神经网络最有吸引力的特点就是它的学习能力。因此从20世纪40年代人工神经网络萌芽开始，历经两个高潮期及一个反思期至1991年后进入再认识与应用研究期，涌现出无数的相关研究理论及成果，包括理论研究及应用研究。最富有成果的研究工作是多层网络BP算法，Hopfield网络模型，自适应共振理论，自组织特征映射理论等。因为其应用价值，该研究呈愈演愈烈的趋势，学者们在多领域中应用[1]人工神经网络模型对问题进行研究优化解决。人工神经网络是由多个神经元连接构成，因此欲建立人工神经网络模型必先建立人工神经元模型，再根据神经元的连接方式及控制方式不同建立不同类型的人工神经网络模型。现在分别介绍人工神经元模型及人工神经网络模型。 1.1 人工神经元模型仿生学在科技发展中起着重要作用，人工神经元模型的建立来源于生物神经元结构的仿生模拟，用来模拟人工神经网络[2]。人们提出的神经元模型有很多，其中最早提出并且影响较大的是1943年心理学家McCulloch和数学家W. Pitts 在分析总结神经元基本特性的基础上首先提出的MP模型。该模型经过不断改进后，形成现在广泛应用的BP神经元模型。人工神经元模型是由人量处理单元厂泛互连而成的网络，是人脑的抽象、简化、模拟，反映人脑的基本特性。一般来说，作为人工神经元模型应具备三个要素： (1)具有一组突触或连接，常用表示神经元i和神经元j之间的连接强度。 w ij (2)具有反映生物神经元时空整合功能的输入信号累加器。

bp神经网络详解

学习是神经网络一种最重要也最令人注目的特点。在神经网络的发展进程中，学习算法的研究有着十分重要的地位。目前，人们所提出的神经网络模型都是和学习算法相应的。所以，有时人们并不去祈求对模型和算法进行严格的定义或区分。有的模型可以有多种算法．而有的算法可能可用于多种模型。不过，有时人们也称算法为模型。自从40年代Hebb提出的学习规则以来，人们相继提出了各种各样的学习算法。其中以在1986年Rumelhart等提出的误差反向传播法，即BP(error BackPropagation)法影响最为广泛。直到今天，BP算法仍然是自动控制上最重要、应用最多的有效算法。 1．2．1 神经网络的学习机理和机构在神经网络中，对外部环境提供的模式样本进行学习训练，并能存储这种模式，则称为感知器；对外部环境有适应能力，能自动提取外部环境变化特征，则称为认知器。神经网络在学习中，一般分为有教师和无教师学习两种。感知器采用有教师信号进行学习，而认知器则采用无教师信号学习的。在主要神经网络如BP网络，Hopfield网络，ART网络和Kohonen网络中；BP网络和Hopfield网络是需要教师信号才能进行学习的；而ART网络和 Kohonen网络则无需教师信号就可以学习。所谓教师信号，就是在神经网络学习中由外部提供的模式样本信号。一、感知器的学习结构感知器的学习是神经网络最典型的学习。目前，在控制上应用的是多层前馈网络，这是一种感知器模型，学习算法是BP法，故是有教师学习算法。一个有教师的学习系统可以用图1—7表示。这种学习系统分成三个部分：输入部，训练部和输出部。图1-7 神经网络学习系统框图

深度神经网络知识蒸馏综述

Computer Science and Application 计算机科学与应用, 2020, 10(9), 1625-1630 Published Online September 2020 in Hans. https://www.360docs.net/doc/9714242697.html,/journal/csa https://https://www.360docs.net/doc/9714242697.html,/10.12677/csa.2020.109171 深度神经网络知识蒸馏综述韩宇中国公安部第一研究所，北京收稿日期：2020年9月3日；录用日期：2020年9月17日；发布日期：2020年9月24日摘要深度神经网络在计算机视觉、自然语言处理、语音识别等多个领域取得了巨大成功，但是随着网络结构的复杂化，神经网络模型需要消耗大量的计算资源和存储空间，严重制约了深度神经网络在资源有限的应用环境和实时在线处理的应用上的发展。因此，需要在尽量不损失模型性能的前提下，对深度神经网络进行压缩。本文介绍了基于知识蒸馏的神经网络模型压缩方法，对深度神经网络知识蒸馏领域的相关代表性工作进行了详细的梳理与总结，并对知识蒸馏未来发展趋势进行展望。关键词神经网络，深度学习，知识蒸馏 A Review of Knowledge Distillation in Deep Neural Networks Yu Han The First Research Institute, The Ministry of Public Security of PRC, Beijing Received: Sep. 3rd, 2020; accepted: Sep. 17th, 2020; published: Sep. 24th, 2020 Abstract Deep neural networks have achieved great success in computer vision, natural language processing, speech recognition and other fields. However, with the complexity of network structure, the neural network model needs to consume a lot of computing resources and storage space, which seriously restricts the development of deep neural network in the resource limited application environment and real-time online processing application. Therefore, it is necessary to compress the deep neural network without losing the performance of the model as much as possible. This article introduces

神经网络11大常见陷阱及应对方法

深度学习的这些坑你都遇到过吗？神经网络11 大常见陷阱及应对方法【新智元导读】如果你的神经网络不工作，该怎么办？本文作者列举了搭建神经网络时可能遇到的11个常见问题，包括预处理数据、正则化、学习率、激活函数、网络权重设置等，并提供解决方法和原因解释，是深度学习实践的有用资料。如果你的神经网络不工作，该怎么办？作者在这里列出了建神经网络时所有可能做错的事情，以及他自己的解决经验。 1.忘记规范化数据 2.忘记检查结果 3.忘记预处理数据 4.忘记使用正则化 5.使用的batch太大 6.使用了不正确的学习率 7.在最后层使用了错误的激活函数 8.你的网络包含了Bad Gradients 9.初始化网络权重不正确 10.你使用的网络太深了 11.使用隐藏单元的数量不对忘记规范化数据了

问题描述在使用神经网络时，思考如何正确地规范化数据是非常重要的。这是一个无法改变的步骤——假如这一步骤没有小心、正确地做，你的网络就几乎不可能工作。由于这个步骤非常重要，在深度学习社区中也是众所周知的，所以它很少在论文中被提及，因此初学者常常在这一步出错。怎样解决？一般来说，规范化（normalization）的意思是：将数据减去均值，再除以其方差。通常这是对每个输入和输出特征单独做的，但你可能经常会希望对特征组做或特别主翼处理某些特征的规范化。为什么？我们需要对数据进行规范化的主要原因是大部分的神经网络流程假设输入和输出数据都以一个约是1的标准差和约是0的均值分布。这些假设在深度学习文献中到处都是，从权重初始化、激活函数到训练网络的优化算法。还需要注意未训练的神经网络通常会输出约在-1到1范围之间的值。如果你希望输出其他范围的值（例如RBG图像以0-255范围的字节存储）会出现一些问题。在开始训练时，网络会非常不稳定，因为比如说预期值是255，网络产生的值是-1或1——这会被大多数用于训练神经网络的优化算法认为是严重的错误。这会产生过大的梯度，可能导致梯度爆炸。如果不爆炸，那么训练的前几个阶段就是浪费的，因为网络首先学习的是将输出值缩小到大致是预期的范围。如果规范化了数据（在这种情况下，你可以简单地将数值除以128再减去1），就不会发生这些问题。一般来说，神经网络中特征的规模也决定了其重要性。如果输出中的有一个特征规模很大，那么与其他特征相比它会产生更大的错误。类似地，输入中的大规模特征将主导网络并导致下游发生更大的变化。因此，使用神经网络库的自动规范化往往是不够的，这些神经网络库会在每个特征的基础上盲目地减去平均值并除以方差。你可能有一个输入特征，通常范围在0.0到0.001之间——这个特征的范围如此之小，因为它是一个不重要的特征（在这种情况下，你可能不想重新scale），或者因为与其他特征相比它有一些小的单元（在这种情

深度学习与神经网络

CDA数据分析研究院出品，转载需授权深度学习是机器学习的一个子领域，研究的算法灵感来自于大脑的结构和功能，称为人工神经网络。如果你现在刚刚开始进入深度学习领域，或者你曾经有过一些神经网络的经验，你可能会感到困惑。因为我知道我刚开始的时候有很多的困惑，我的许多同事和朋友也是这样。因为他们在20世纪90年代和21世纪初就已经学习和使用神经网络了。该领域的领导者和专家对深度学习的观点都有自己的见解，这些具体而细微的观点为深度学习的内容提供了很多依据。在这篇文章中，您将通过听取该领域的一系列专家和领导者的意见，来了解什么是深度学习以及它的内容。来让我们一探究竟吧。深度学习是一种大型的神经网络 Coursera的Andrew Ng和百度研究的首席科学家正式创立了Google Brain，最终导致了大量Google服务中的深度学习技术的产品化。他已经说了很多关于深度学习的内容并且也写了很多，这是一个很好的开始。在深度学习的早期讨论中，Andrew描述了传统人工神经网络背景下的深度学习。在2013年的题为“ 深度学习，自学习和无监督特征学习”的演讲中“他将深度学习的理念描述为：这是我在大脑中模拟的对深度学习的希望： - 使学习算法更好，更容易使用。 - 在机器学习和人工智能方面取得革命性进展。我相信这是我们迈向真正人工智能的最好机会

后来他的评论变得更加细致入微了。 Andrew认为的深度学习的核心是我们现在拥有足够快的计算机和足够多的数据来实际训练大型神经网络。在2015年ExtractConf大会上，当他的题目“科学家应该了解深度学习的数据”讨论到为什么现在是深度学习起飞的时候，他评论道：我们现在拥有的非常大的神经网络......以及我们可以访问的大量数据他还评论了一个重要的观点，那就是一切都与规模有关。当我们构建更大的神经网络并用越来越多的数据训练它们时，它们的性能会不断提高。这通常与其他在性能上达到稳定水平的机器学习技术不同。对于大多数旧时代的学习算法来说......性能将达到稳定水平。......深度学习......是第一类算法......是可以扩展的。...当你给它们提供更多的数据时，它的性能会不断提高他在幻灯片中提供了一个漂亮的卡通片：最后，他清楚地指出，我们在实践中看到的深度学习的好处来自有监督的学习。从2015年的ExtractConf演讲中，他评论道：如今的深度学习几乎所有价值都是通过有监督的学习或从有标记的数据中学习在2014年的早些时候，在接受斯坦福大学的题为“深度学习”的演讲时，他也发出了类似的评论。深度学习疯狂发展的一个原因是它非常擅长监督学习

深度神经网络

1. 自联想神经网络与深度网络自联想神经网络是很古老的神经网络模型，简单的说，它就是三层BP网络，只不过它的输出等于输入。很多时候我们并不要求输出精确的等于输入，而是允许一定的误差存在。所以，我们说，输出是对输入的一种重构。其网络结构可以很简单的表示如下：如果我们在上述网络中不使用sigmoid函数，而使用线性函数，这就是PCA模型。中间网络节点个数就是PCA模型中的主分量个数。不用担心学习算法会收敛到局部最优，因为线性BP网络有唯一的极小值。

在深度学习的术语中，上述结构被称作自编码神经网络。从历史的角度看，自编码神经网络是几十年前的事情，没有什么新奇的地方。既然自联想神经网络能够实现对输入数据的重构，如果这个网络结构已经训练好了，那么其中间层，就可以看过是对原始输入数据的某种特征表示。如果我们把它的第三层去掉，这样就是一个两层的网络。如果，我们把这个学习到特征再用同样的方法创建一个自联想的三层BP网络，如上图所示。换言之，第二次创建的三层自联想网络的输入是上一个网络的中间层的输出。用同样的训练算法，对第二个自联想网络进行学习。那么，第二个自联想网络的中间层是对其输入的某种特征表示。如果我们按照这种方法，依次创建很多这样的由自联想网络组成的网络结构，这就是深度神经网络，如下图所示：

注意，上图中组成深度网络的最后一层是级联了一个softmax分类器。深度神经网络在每一层是对最原始输入数据在不同概念的粒度表示，也就是不同级别的特征描述。这种层叠多个自联想网络的方法，最早被Hinton想到了。从上面的描述中，可以看出，深度网络是分层训练的，包括最后一层的分类器也是单独训练的，最后一层分类器可以换成任何一种分类器，例如SVM，HMM等。上面的每一层单独训练使用的都是BP算法。相信这一思路，Hinton早就实验过了。 2. DBN神经网络模型使用BP算法单独训练每一层的时候，我们发现，必须丢掉网络的第三层，才能级联自联想神经网络。然而，有一种更好的神经网络模型，这就是受限玻尔兹曼机。使用层叠波尔兹曼机组成深度神经网络的方法，在深度学习里被称作深度信念网络DBN，这是目前非

机器学习算法汇总：人工神经网络、深度学习及其它

学习方式根据数据类型的不同，对一个问题的建模有不同的方式。在机器学习或者人工智能领域，人们首先会考虑算法的学习方式。在机器学习领域，有几种主要的学习方式。将算法按照学习方式分类是一个不错的想法，这样可以让人们在建模和算法选择的时候考虑能根据输入数据来选择最合适的算法来获得最好的结果。监督式学习：在监督式学习下，输入数据被称为“训练数据”，每组训练数据有一个明确的标识或结果，如对防垃圾邮件系统中“垃圾邮件”“非垃圾邮件”，对手写数字识别中的“1“，”2“，”3“，”4“等。在建立预测模型的时候，监督式学习建立一个学习过程，将预测结果与“训练数据”的实际结果进行比较，不断的调整预测模型，直到模型的预测结果达到一个预期的准确率。监督式学习的常见应用场景如分类问题和回归问题。常见算法有逻辑回归（Logistic Regression）和反向传递神经网络（Back Propagation Neural Network）非监督式学习：

在非监督式学习中，数据并不被特别标识，学习模型是为了推断出数据的一些内在结构。常见的应用场景包括关联规则的学习以及聚类等。常见算法包括Apriori算法以及k-Means算法。半监督式学习：在此学习方式下，输入数据部分被标识，部分没有被标识，这种学习模型可以用来进行预测，但是模型首先需要学习数据的内在结构以便合理的组织数据来进行预测。应用场景包括分类和回归，算法包括一些对常用监督式学习算法的延伸，这些算法首先试图对未标识数据进行建模，在此基础上再对标识的数据进行预测。如图论推理算法（Graph Inference）或者拉普拉斯支持向量机（Laplacian SVM.）等。强化学习：

BP神经网络详细讲解

PS：这篇介绍神经网络是很详细的，有一步一步的推导公式！神经网络是DL（深度学习）的基础。如果对神经网络已经有所了解，可以直接跳到“三、BP算法的执行步骤“ 部分，算法框架清晰明了。另外，如果对NN 很感兴趣，也可以参阅最后两篇参考博文，也很不错！学习是神经网络一种最重要也最令人注目的特点。在神经网络的发展进程中，学习算法的研究有着十分重要的地位。目前，人们所提出的神经网络模型都是和学习算法相应的。所以，有时人们并不去祈求对模型和算法进行严格的定义或区分。有的模型可以有多种算法．而有的算法可能可用于多种模型。不过，有时人们也称算法为模型。自从40年代Hebb提出的学习规则以来，人们相继提出了各种各样的学习算法。其中以在1986年Rumelhart等提出的误差反向传播法，即BP(error BackPropagation)法影响最为广泛。直到今天，BP算法仍然是自动控制上最重要、应用最多的有效算法。 1．2．1 神经网络的学习机理和机构在神经网络中，对外部环境提供的模式样本进行学习训练，并能存储这种模式，则称为感知器；对外部环境有适应能力，能自动提取外部环境变化特征，则称为认知器。神经网络在学习中，一般分为有教师和无教师学习两种。感知器采用有教师信号进行学习，而认知器则采用无教师信号学习的。在主要神经网络如BP网络，Hopfield网络，ART网络和Kohonen 网络中；BP网络和Hopfield网络是需要教师信号才能进行学习的；而ART网络和Kohonen网络则无需教师信号就可以学习。所谓教师信号，就是在神经网络学习中由外部提供的模式样本信号。一、感知器的学习结构感知器的学习是神经网络最典型的学习。目前，在控制上应用的是多层前馈网络，这是一种感知器模型，学习算法是BP法，故是有教师学习算法。一个有教师的学习系统可以用图1—7表示。这种学习系统分成三个部分：输入部，训练部和输出部。

《神经网络与深度学习综述DeepLearning15May2014

Draft:Deep Learning in Neural Networks:An Overview Technical Report IDSIA-03-14/arXiv:1404.7828(v1.5)[cs.NE] J¨u rgen Schmidhuber The Swiss AI Lab IDSIA Istituto Dalle Molle di Studi sull’Intelligenza Arti?ciale University of Lugano&SUPSI Galleria2,6928Manno-Lugano Switzerland 15May2014 Abstract In recent years,deep arti?cial neural networks(including recurrent ones)have won numerous con-tests in pattern recognition and machine learning.This historical survey compactly summarises relevant work,much of it from the previous millennium.Shallow and deep learners are distinguished by the depth of their credit assignment paths,which are chains of possibly learnable,causal links between ac- tions and effects.I review deep supervised learning(also recapitulating the history of backpropagation), unsupervised learning,reinforcement learning&evolutionary computation,and indirect search for short programs encoding deep and large networks. PDF of earlier draft(v1):http://www.idsia.ch/～juergen/DeepLearning30April2014.pdf LATEX source:http://www.idsia.ch/～juergen/DeepLearning30April2014.tex Complete BIBTEX?le:http://www.idsia.ch/～juergen/bib.bib Preface This is the draft of an invited Deep Learning(DL)overview.One of its goals is to assign credit to those who contributed to the present state of the art.I acknowledge the limitations of attempting to achieve this goal.The DL research community itself may be viewed as a continually evolving,deep network of scientists who have in?uenced each other in complex ways.Starting from recent DL results,I tried to trace back the origins of relevant ideas through the past half century and beyond,sometimes using“local search”to follow citations of citations backwards in time.Since not all DL publications properly acknowledge earlier relevant work,additional global search strategies were employed,aided by consulting numerous neural network experts.As a result,the present draft mostly consists of references(about800entries so far).Nevertheless,through an expert selection bias I may have missed important work.A related bias was surely introduced by my special familiarity with the work of my own DL research group in the past quarter-century.For these reasons,the present draft should be viewed as merely a snapshot of an ongoing credit assignment process.To help improve it,please do not hesitate to send corrections and suggestions to juergen@idsia.ch.

BP神经网络及深度学习研究 - 综述