人工神经网络模型主要考虑网络连接的拓扑结构、神经元的特征、学习规则等。目前,已有近40种神经网络模型,其中有反传网络、感知器、自组织映射、Hopfield网络、波耳兹曼机、适应谐振理论等。
根据连接的拓扑结构,神经网络模型可以分为:(1)前向网络网络中各个神经元接受前一级的输入,并输出到下一级,网络中没有反馈,可以用一个有向无环路图表示。
这种网络实现信号从输入空间到输出空间的变换,它的信息处理能力来自于简单非线性函数的多次复合。网络结构简单,易于实现。反传网络是一种典型的前向网络。
(2)反馈网络网络内神经元间有反馈,可以用一个无向的完备图表示。这种神经网络的信息处理是状态的变换,可以用动力学系统理论处理。系统的稳定性与联想记忆功能有密切关系。
Hopfield网络、波耳兹曼机均属于这种类型。学习是神经网络研究的一个重要内容,它的适应性是通过学习实现的。根据环境的变化,对权值进行调整,改善系统的行为。
由Hebb提出的Hebb学习规则为神经网络的学习算法奠定了基础。Hebb规则认为学习过程最终发生在神经元之间的突触部位,突触的联系强度随着突触前后神经元的活动而变化。
在此基础上,人们提出了各种学习规则和算法,以适应不同网络模型的需要。
有效的学习算法,使得神经网络能够通过连接权值的调整,构造客观世界的内在表示,形成具有特色的信息处理方法,信息存储和处理体现在网络的连接中。
根据学习环境不同,神经网络的学习方式可分为监督学习和非监督学习。
在监督学习中,将训练样本的数据加到网络输入端,同时将相应的期望输出与网络输出相比较,得到误差信号,以此控制权值连接强度的调整,经多次训练后收敛到一个确定的权值。
当样本情况发生变化时,经学习可以修改权值以适应新的环境。使用监督学习的神经网络模型有反传网络、感知器等。非监督学习时,事先不给定标准样本,直接将网络置于环境之中,学习阶段与工作阶段成为一体。
此时,学习规律的变化服从连接权值的演变方程。非监督学习最简单的例子是Hebb学习规则。竞争学习规则是一个更复杂的非监督学习的例子,它是根据已建立的聚类进行权值调整。
自组织映射、适应谐振理论网络等都是与竞争学习有关的典型模型。
研究神经网络的非线性动力学性质,主要采用动力学系统理论、非线性规划理论和统计理论,来分析神经网络的演化过程和吸引子的性质,探索神经网络的协同行为和集体计算功能,了解神经信息处理机制。
为了探讨神经网络在整体性和模糊性方面处理信息的可能,混沌理论的概念和方法将会发挥作用。混沌是一个相当难以精确定义的数学概念。
一般而言,“混沌”是指由确定性方程描述的动力学系统中表现出的非确定性行为,或称之为确定的随机性。
“确定性”是因为它由内在的原因而不是外来的噪声或干扰所产生,而“随机性”是指其不规则的、不能预测的行为,只可能用统计的方法描述。
混沌动力学系统的主要特征是其状态对初始条件的灵敏依赖性,混沌反映其内在的随机性。
混沌理论是指描述具有混沌行为的非线性动力学系统的基本理论、概念、方法,它把动力学系统的复杂行为理解为其自身与其在同外界进行物质、能量和信息交换过程中内在的有结构的行为,而不是外来的和偶然的行为,混沌状态是一种定态。
混沌动力学系统的定态包括:静止、平稳量、周期性、准同期性和混沌解。混沌轨线是整体上稳定与局部不稳定相结合的结果,称之为奇异吸引子。
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神经网络算法的三大类分别是:1、前馈神经网络:这是实际应用中最常见的神经网络类型文案狗。第一层是输入,最后一层是输出。如果有多个隐藏层,我们称之为“深度”神经网络。他们计算出一系列改变样本相似性的变换。
各层神经元的活动是前一层活动的非线性函数。2、循环网络:循环网络在他们的连接图中定向了循环,这意味着你可以按照箭头回到你开始的地方。他们可以有复杂的动态,使其很难训练。他们更具有生物真实性。
循环网络的目的是用来处理序列数据。在传统的神经网络模型中,是从输入层到隐含层再到输出层,层与层之间是全连接的,每层之间的节点是无连接的。但是这种普通的神经网络对于很多问题却无能无力。
循环神经网路,即一个序列当前的输出与前面的输出也有关。
具体的表现形式为网络会对前面的信息进行记忆并应用于当前输出的计算中,即隐藏层之间的节点不再无连接而是有连接的,并且隐藏层的输入不仅包括输入层的输出还包括上一时刻隐藏层的输出。
3、对称连接网络:对称连接网络有点像循环网络,但是单元之间的连接是对称的(它们在两个方向上权重相同)。比起循环网络,对称连接网络更容易分析。这个网络中有更多的限制,因为它们遵守能量函数定律。
没有隐藏单元的对称连接网络被称为“Hopfield网络”。有隐藏单元的对称连接的网络被称为玻尔兹曼机。
扩展资料:应用及发展:心理学家和认知科学家研究神经网络的目的在于探索人脑加工、储存和搜索信息的机制,弄清人脑功能的机理,建立人类认知过程的微结构理论。
生物学、医学、脑科学专家试图通过神经网络的研究推动脑科学向定量、精确和理论化体系发展,同时也寄希望于临床医学的新突破;信息处理和计算机科学家研究这一问题的目的在于寻求新的途径以解决不能解决或解决起来有极大困难的大量问题,构造更加逼近人脑功能的新一代计算机。
优点:(1)具有自学习功能。例如实现图像识别时,只在先把许多不同的图像样板和对应的应识别的结果输入人工神经网络,网络就会通过自学习功能,慢慢学会识别类似的图像。自学习功能对于预测有特别重要的意义。
预期未来的人工神经网络计算机将为人类提供经济预测、市场预测、效益预测,其应用前途是很远大的。(2)具有联想存储功能。用人工神经网络的反馈网络就可以实现这种联想。(3)具有高速寻找优化解的能力。
寻找一个复杂问题的优化解,往往需要很大的计算量,利用一个针对某问题而设计的反馈型人工神经网络,发挥计算机的高速运算能力,可能很快找到优化解。
缺点:(1)最严重的问题是没能力来解释自己的推理过程和推理依据。(2)不能向用户提出必要的询问,而且当数据不充分的时候,神经网络就无法进行工作。
(3)把一切问题的特征都变为数字,把一切推理都变为数值计算,其结果势必是丢失信息。(4)理论和学习算法还有待于进一步完善和提高。
扩展资料:神经网络发展趋势人工神经网络特有的非线性适应性信息处理能力,克服了传统人工智能方法对于直觉,如模式、语音识别、非结构化信息处理方面的缺陷,使之在神经专家系统、模式识别、智能控制、组合优化、预测等领域得到成功应用。
人工神经网络与其它传统方法相结合,将推动人工智能和信息处理技术不断发展。
近年来,人工神经网络正向模拟人类认知的道路上更加深入发展,与模糊系统、遗传算法、进化机制等结合,形成计算智能,成为人工智能的一个重要方向,将在实际应用中得到发展。
将信息几何应用于人工神经网络的研究,为人工神经网络的理论研究开辟了新的途径。神经计算机的研究发展很快,已有产品进入市场。光电结合的神经计算机为人工神经网络的发展提供了良好条件。
神经网络在很多领域已得到了很好的应用,但其需要研究的方面还很多。
其中,具有分布存储、并行处理、自学习、自组织以及非线性映射等优点的神经网络与其他技术的结合以及由此而来的混合方法和混合系统,已经成为一大研究热点。
由于其他方法也有它们各自的优点,所以将神经网络与其他方法相结合,取长补短,继而可以获得更好的应用效果。
目前这方面工作有神经网络与模糊逻辑、专家系统、遗传算法、小波分析、混沌、粗集理论、分形理论、证据理论和灰色系统等的融合。参考资料:百度百科-人工神经网络。
作者:杨延生链接:来源:知乎著作权归作者所有,转载请联系作者获得授权。"深度学习"是为了让层数较多的多层神经网络可以训练,能够work而演化出来的一系列的新的结构和新的方法。
新的网络结构中最著名的就是CNN,它解决了传统较深的网络参数太多,很难训练的问题,使用了逗局部感受野地和逗权植共享地的概念,大大减少了网络参数的数量。
关键是这种结构确实很符合视觉类任务在人脑上的工作原理。新的结构还包括了:LSTM,ResNet等。
新的方法就多了:新的激活函数:ReLU,新的权重初始化方法(逐层初始化,XAVIER等),新的损失函数,新的防止过拟合方法(Dropout,BN等)。
这些方面主要都是为了解决传统的多层神经网络的一些不足:梯度消失,过拟合等。
----------------------下面是原答案------------------------从广义上说深度学习的网络结构也是多层神经网络的一种。
传统意义上的多层神经网络是只有输入层、隐藏层、输出层。其中隐藏层的层数根据需要而定,没有明确的理论推导来说明到底多少层合适。
而深度学习中最著名的卷积神经网络CNN,在原来多层神经网络的基础上,加入了特征学习部分,这部分是模仿人脑对信号处理上的分级的。
具体操作就是在原来的全连接的层前面加入了部分连接的卷积层与降维层,而且加入的是一个层级。
输入层-卷积层-降维层-卷积层-降维层--....--隐藏层-输出层简单来说,原来多层神经网络做的步骤是:特征映射到值。特征是人工挑选。深度学习做的步骤是信号->特征->值。
特征是由网络自己选择。
不论何种类型的人工神经网络,它们共同的特点是,大规模并行处理,分布式存储,弹性拓扑,高度冗余和非线性运算。因而具有很髙的运算速度,很强的联想能力,很强的适应性,很强的容错能力和自组织能力。
这些特点和能力构成了人工神经网络模拟智能活动的技术基础,并在广阔的领域获得了重要的应用。
例如,在通信领域,人工神经网络可以用于数据压缩、图像处理、矢量编码、差错控制(纠错和检错编码)、自适应信号处理、自适应均衡、信号检测、模式识别、ATM流量控制、路由选择、通信网优化和智能网管理等等。
人工神经网络的研究已与模糊逻辑的研究相结合,并在此基础上与人工智能的研究相补充,成为新一代智能系统的主要方向。
这是因为人工神经网络主要模拟人类右脑的智能行为而人工智能主要模拟人类左脑的智能机理,人工神经网络与人工智能有机结合就能更好地模拟人类的各种智能活动。
新一代智能系统将能更有力地帮助人类扩展他的智力与思维的功能,成为人类认识和改造世界的聪明的工具。因此,它将继续成为当代科学研究重要的前沿。