YB菜菜的机器学习自学之路(五)——完整的单神经元罗森布拉特感知模型(激活函数)

YB菜菜的机器学习自学之路(五)——完整的单神经元罗森布拉特感知模型(激活函数)

  • 前提说明
  • 1.激活函数
    • 1.1 激活函数的作用
    • 1.2 Sigmod函数
  • 2. 完整的单元罗森布拉特感知模型

前提说明

首先,事实上,我们在思考分析问题时,并不会考虑精确的数学拟合,而是分类,比如将一组数据分类成若干个类别,这也是机器学习真正要做的事情。
此外,线性函数的能力是有限的。在前面中,我们将输入通过一元一次函数进行相乘累加。事实上无论多少个神经元,无论多少次方的函数,其都是线性的。无论多少次都可以看成矩阵相乘,就算叠加了若干层之后,无非还是个矩阵相乘罢了。
因此,我们需要加入一个新的操作,来增加神经元模型的非线性

1.激活函数

1.1 激活函数的作用

YB菜菜的机器学习自学之路(五)——完整的单神经元罗森布拉特感知模型(激活函数)_第1张图片
图1

如图1所示绿色部分,在实际中,我们在罗森布拉特感知器前向过程的输出后面加入一个非线性函数,来增加神经网络模型的非线性和实现数据的分类。这个非线性函数称为激活函数

1.2 Sigmod函数

Sigmod函数是常用的激活函数,是一个在生物学中常见的S型函数,也称为S型生长曲线。它能将变量映射到0,1之间。常见的几种形式如图2所示。
YB菜菜的机器学习自学之路(五)——完整的单神经元罗森布拉特感知模型(激活函数)_第2张图片
图2 Sigmod函数的几种常见形式

在这当中,Logistic最为常用,其表达式为:
s i g m o i d ( ) = L 1 + e − k ( y − y 0 ) ( 1 ) sigmoid() =\frac{L}{1+e^{-k(y-y_{0})}} (1) sigmoid()=1+ek(yy0)L(1)
L = 1 , k = 1 , y = 0 L=1,k=1,y=0 L=1,k=1,y=0时,又称为标准Logistic函数,如图3所示

YB菜菜的机器学习自学之路(五)——完整的单神经元罗森布拉特感知模型(激活函数)_第3张图片
图3

2. 完整的单元罗森布拉特感知模型

YB菜菜的机器学习自学之路(五)——完整的单神经元罗森布拉特感知模型(激活函数)_第4张图片
图4

自此,我们可以得到一个完整的单神经元的罗森布拉特感知模型,如图4所示。
在整个过程中,我们用预测函数模型(一元一次函数 y = w x + b y=wx+b y=wx+b)来模拟神经元,而把我们统计观测而来的数据送入预测函数进行预测,得到预测结果(线性累加结果)。
预测结果输入至激活函数中,进行分类并输出预测结果。接着我们观察预测结果和观测结果之间误差。在这里我们用平方差函数来衡量预测模型的准确度,而这个平方差函数又被称为代价函数
接着我们用这个代价函数去修正预测函数模型。采用方法是梯度下降

YB菜菜的机器学习自学之路(五)——完整的单神经元罗森布拉特感知模型(激活函数)_第5张图片
图5

神经元模型依然是 y = w ∗ x + b y=w*x+b y=wx+b,加入激活函数后,不断梯度下降和迭代,最终输出如图5所示。 可以看到迭代后的参数值使得激活函数的曲线与数据类型分布贴合。

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