人工智能基础课
王天一
工学博士,副教授
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人工智能基础课
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23 深度学习 | 前方有路,未来可期:深度前馈网络

可能会“杀死”特定的隐藏神经元
一阶导数是常数1
理想设计的万金油
交叉熵
最小均方误差
隐藏神经元通常使用整流线性单元作为传递函数
损失函数通常是交叉熵或最小均方误差
使用梯度下降的方法进行学习
利用深度架构实现工程上可实现的对任意函数的通用逼近
整流线性单元(ReLU)
softmax函数
对数几率函数
线性变换
损失函数的定义
描述真实的数据分布和神经网络输出分布之间的差异性
分类问题的损失函数
回归问题的损失函数
随机梯度下降法
反向传播方法
利用梯度信息进行学习
对某个预设函数的最优化方法
最简单也最复杂的架构
最常见的方式
暗含了待学习的复杂函数可以视为若干简单函数的层次化结合的假设
具有更强的表示能力
可以以任意精度逼近任意连续函数
单隐藏层具有足够但有限数目的神经元
链式架构
确定架构是首要考虑的关键问题
具备更强的特征提取能力
进化版的多层感知器
深度学习的共性问题
隐藏单元的设计
输出单元的选择
交叉熵
损失函数的选择
机器学习算法
全连接
深度架构
通用逼近定理
网络架构的建立
深度前馈网络是具有深度结构的前馈神经网络
深度前馈网络

该思维导图由 AI 生成,仅供参考

深度前馈网络(Deep Feedforward Network)是具有深度结构的前馈神经网络,可以看成是进化版的多层感知器。与只有一个或两个隐藏层的浅层网络相比,深度前馈网络具有更多的隐藏层数目,从而具备了更强的特征提取能力。
深度前馈网络不考虑输入数据可能具备的任何特定结构,也就是不使用关于数据的先验信息。但特征提取能力增强的代价是运算复杂度的提升。因而,网络架构的建立、损失函数的选择、输出单元和隐藏单元的设计、训练误差的处理等问题就成为深度前馈网络设计中的一系列核心问题
在深度前馈网络的设计中,确定架构是首要考虑的关键问题。架构决定着网络中包含多少基本单元,以及这些基本单元之间如何相互连接。几乎所有前馈网络采用的都是链式架构,即前一层的输出是后一层的输入。在这样的链式架构中,层的数目和每一层中神经元的数目就是网络的主要变量。
介绍多层感知器时我曾提到了通用逼近的性质,这个性质的严格形式是通用逼近定理。通用逼近定理的内容是如果一个前馈网络具有单个隐藏层,这个隐藏层又有足够但是有限数目的神经元,这个神经网络就可以以任意精度逼近任意连续函数。虽然在这个定理的初始证明中,隐藏神经元的传递函数是具有“挤压”性质的非线性函数,但定理的成立性实际上并不取决于传递函数的性质,而是由网络的前馈架构所决定的。
通用逼近定理是一个存在性定理,它说明需要的神经网络是肯定存在的,却并没有指明具体的构造方法。所以在给定一个目标函数时,我们可以确定单隐藏层的感知器一定能够将它表示出来,却对隐藏层需要多少神经元毫无把握。这个数目很可能是个天文数字,这会让网络结构在计算机上根本无法实现。即使能够设计出这么复杂的算法,要对它进行训练和泛化也近乎天方夜谭。
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  • 总结

深度前馈网络:强大的特征提取与泛化能力 深度前馈网络是一种具有深度结构的前馈神经网络,通过多层隐藏层实现更强的特征提取能力。相比浅层网络,深度前馈网络能够有效降低泛化误差,抑制过拟合的发生。该网络利用梯度信息进行学习,采用反向传播方法处理误差,并选择合适的损失函数进行优化。通用逼近定理证明了单隐藏层的感知器可以以任意精度逼近任意连续函数,而深度前馈网络的出现克服了单隐藏层带来的复杂性问题。在设计中,关键问题包括架构确定、损失函数选择、输出单元和隐藏单元的设计等。交叉熵损失函数的定义和输出单元的选择,以及隐藏单元的设计,其中整流线性单元被认为是隐藏单元的理想设计。深度前馈网络通过多层隐藏层的设计和优化方法,实现了对复杂函数更强的表示能力和泛化能力。文章还提出了一个问题,即能否在时间维度上引入类似的结构,实现不同时刻之间的信息流动。深度前馈网络的共性问题包括利用深度架构实现工程上可实现的对任意函数的通用逼近,使用梯度下降的方法进行学习,损失函数通常是交叉熵或最小均方误差,隐藏神经元通常使用整流线性单元作为传递函数。深度前馈网络的技术特点包括强大的特征提取与泛化能力,以及对复杂函数更强的表示能力。

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  • 林彦
    传统的前馈网络没有时间顺序的概念。循环网络中的每个输入样本之间则有时间顺序的概念,循环网络可以沿时间反向传播。 LSTM在时间序列上通过输入们,输出门,遗忘门的组合与控制来让更久远的时间点的信息能更明显地影响之后时间点的输出。

    作者回复: 没错,后面会有关于LSTM的介绍。

    2018-01-30
    2
  • ifelse
    学习打卡
    2023-05-10归属地:浙江
    1
  • Sudouble
    非常生动的比喻,隐含层的设计主要靠经验,相当于数据的炼金术
    2022-11-13归属地:北京
    1
  • 杨家荣
    极客时间 21天打卡行动 21/21 <<人工智能基础课23>>深度前馈网络 回答老师问题: 在深度前馈网络中,深度结构是在空间维度上展开的,那么能否在时间维度上引入类似的结构,实现不同时刻之间的信息流动呢? 神经网络模型:1、卷积神经网络(CNN)2、循环神经网络(Recurrent Neural Network,RNN)3、双向长短时记忆循环神经网络详解(Bi-directional LSTM RNN)4、长短期记忆模型(LSTM)5、MLP(多层神经网络) ,其中,RNN,LSTM RNN,LSTM,应该是时间维度上的,而今天学的深度前馈网络应用模型应该是CNN [资料来源:https://www.jianshu.com/p/c8a46f00b06d] 今日所学: 1,深度前馈网络(Deep Feedforward Network)是具有深度结构的前馈神经网络,可以看成是进化版的多层感知器。与只有一个或两个隐藏层的浅层网络相比,深度前馈网络具有更多的隐藏层数目,从而具备了更强的特征提取能力; 2,网络架构的建立、损失函数的选择、输出单元和隐藏单元的设计、训练误差的处理等问题就成为深度前馈网络设计中的一系列核心问题。 3,在深度前馈网络的设计中,确定架构是首要考虑的关键问题。架构决定着网络中包含多少基本单元,以及这些基本单元之间如何相互连接。几乎所有前馈网络采用的都是链式架构,即前一层的输出是后一层的输入。在这样的链式架构中,层的数目和每一层中神经元的数目就是网络的主要变量。 4,通用逼近定理的内容是如果一个前馈网络具有单个隐藏层,这个隐藏层又有足够但是有限数目的神经元,这个神经网络就可以以任意精度逼近任意连续函数; 5,深度前馈网络的出现克服的正是单隐藏层带来的复杂性问题:使用深度架构的模型既能减少表示目标函数时所需要的单元数量,也能有效降低泛化误差,在一定程度上抑制过拟合的发生。 6,待学习的复杂函数可以视为若干简单函数的层次化结合; 7,任何机器学习算法都可以看成是对某个预设函数的最优化方法,深度前馈网络也不例外; 8,在学习中,损失函数的选择是深度神经网络设计中另一个重要环节。深度前馈网络选择损失函数的准则与其他机器学习算法并无二致:回归问题的损失函数通常是最小均方误差,而分类问题的损失函数通常是交叉熵(Cross-Entropy); 9,其实无论是最小均方误差还是交叉熵,体现的都是概率论中最大似然估计的原理; 10,损失函数的表示与输出单元的选择密切相关,输出单元的传递函数决定了交叉熵的具体表达式。输出层的作用是对隐藏层提取出的特征施加额外的变换以得到输出,变换的形式则有多种选择。最简单的变换形式就是线性变换,它将隐藏特征的线性组合作为输出,简单而实用。 11,而在深层前馈网络的设计中,一个独有的问题就是隐藏单元的设计,也就是隐藏神经元的传递函数如何选择。 关键字:梯度信息,反向传播方法,随机梯度下降法,对数几率函数,softmax 函数(柔性最大值函数),整流线性单元,渗漏整流单元(Leaky ReLU),指数整流单元,对数几率函数,双曲正切函数 总结重点: 1,深度前馈网络利用深度架构实现工程上可实现的对任意函数的通用逼近; 2,深度前馈网络使用梯度下降的方法进行学习; 3,深度前馈网络的损失函数通常是交叉熵或最小均方误差; 4,深度前馈网络的隐藏神经元通常使用整流线性单元作为传递函数。
    2020-01-08
    1
  • 极客时间攻城狮
    学习了
    2018-01-31
  • 极客时间攻城狮
    2018-01-30
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