[深度学习] Relu层作用

为什么引入非线性激励函数

如果不用激励函数，在这种情况下你每一层输出都是上层输入的线性函数，很容易验证，无论你有多少层神经网络，输出的都是输入的线性组合。

激活函数是用来加入非线性因素的，因为线性模型的表达能力不够。
以下，同种颜色为同类数据。某些数据是线性可分的，意思是，可以用一条直线将数据分开。比如下图：

这时候你需要通过一定的机器学习的方法，比如感知机算法(perceptron learning algorithm) 找到一个合适的线性方程。

但是有些数据不是线性可分的。比如如下数据：

第二组数据你就没有办法画出一条直线来将数据区分开。

这时候有两个办法，第一个办法，是做线性变换(linear transformation)，比如讲x,y变成 x2,y2 x 2 , y 2 ，这样可以画出圆形。如图所示：

如果将坐标轴从x,y变为以 x2,y2 x 2 , y 2 为标准，你会发现数据经过变换后是线性可分的了。大致示意图如下：

另外一种方法是引入非线性函数。我们来看异或问题(xor problem)。以下是xor真值表

这个真值表不是线性可分的，所以不能使用线性模型，如图所示

我们可以设计一种神经网络，通过激活函数来使得这组数据线性可分。
激活函数我们选择阀值函数（threshold function），也就是大于某个值输出1（被激活了），小于等于则输出0（没有激活）。这个函数是非线性函数。

神经网络示意图如下：

其中直线上的数字为权重。圆圈中的数字为阀值。第二层，如果输入大于1.5则输出1，否则0；第三层，如果输入大于0.5，则输出1，否则0.
我们来一步步算。

第一层到第二层（阀值1.5）

第二层到第三层(阀值0.5)

可以看到第三层输出就是我们所要的xor的答案。
经过变换后的数据是线性可分的（n维，比如本例中可以用平面），如图所示：

总而言之，激活函数可以引入非线性因素，解决线性模型所不能解决的问题。

1. 为什么引入Relu呢
   第一，采用sigmoid函数，算激活函数时（指数运算），计算量大。而使用Relu，整个计算节省了很多。
   第二，对于深层网络，sigmoid函数反向传播时，很容易出现梯度消失的情况，（sigmoid接近饱和区的时候，变化太缓慢，导数趋于0）从而无法完成深层网络的训练。
   第三，Relu会使一部分神经元的输出为0，这样就造成了网络的稀疏性，并且减少了参数之间互相依存的关系，缓解了过拟合的发生。

参考

https://www.zhihu.com/question/22334626