神经网络与深度学习

1 深度学习简述

机器学习：相当于把公式实现出来了而已。机器学习算法体系包括监督学习、非监督学习、半监督学习、强化学习等。目前机器学习领域使用最普遍的scikit-learn库将机器学习算法分为聚类、分类、回归和维度削减。

深度学习：

（1）中的特征工程使机器学习更智能。

（2）真正能学什么样的特征才是最合适的。
（3）主要应用于计算机视觉和自然语言处理
（4）最大的问题在于参数太多，计算速度太慢了

深度学习与传统人工智能算法对比 

 

2 计算机视觉任务

2.1 图像表示

在计算机中一张图片被表示成三维数组的形式，每个像素点的值从0到255，例如:300*100*3【表示：图片高度为300像素（即有300个像素点），宽度为100像素，其中3表示有3个颜色通道，如RGB】

RGB:RGB颜色模式中，每个像素都由三个8位整数表示，分别代表红、绿、蓝三个通道的强度值。这三个通道可以分别控制图像中红色、绿色和蓝色部分的颜色强度和变化，从而实现对图像颜色的准确控制和调整。

 

2.2 计算机视觉面临的挑战

 

机器学习常规套路：

1. 收集数据并给定标签
2. 训练一个分类器
3. 测试，评估

 

数据库推荐：CIFAR-10，这个数据库并不大，但分类多，数据量多，很适合用来测试。

 

K近邻算法（KNN）

 

假如我们对图像采用KNN算法进行识别，其中距离计算采用如下方式（test-image像素值减去pixel-wise absolute value differences像素值得到training image像素值）

结果： 

问题在于图像中的背景起到了很大的干扰作用！

 

2.3 实例计算

2.3.1 引言

思考其他的距离函数？

考虑像素点的权重：W是权重参数，x表示输入图像像素值，b是偏置参数（微调）

10*1表示输入图像在10个类别中各自的得分

10*3072表示每个类别对于每个像素点的权重值

3072*1表示输入图像总的像素（注意不是像素值）

 

2.3.2 实际计算过程

 

神经网路做的事情

神经网络在整个生命周期中，就在做：什么样的W能更适合于咱们的数据去做当前这个任务，我就怎么样去改变这个W。

迭尔塔相当于容忍程度的意思。

Sj：其他错误类别 Syj：正确类别  +1：表示容忍程度为1，也就是说只有当正确类别至少比错误类别高1才能说这个结果是正确的。

例如第一组数据中，Sj：5.1   Syj：3.2

损失值为0表示无损失，计算结果正确。

 

很明显，模型A只关注某一个数据，这样偏差太大，这是变异的

正则化惩罚项：由权重参数所带来的损失，蓝色方框为计算公式，λ表示惩罚系数，系数越大表示我不要那些变异的；系数越小表示变异的数据我也能接受。

不希望模型复杂的原因：

神经网络的优点在于能解决的问题多，缺点也在于它过于强大了。

过拟合是指模型在训练数据上表现很好，但在未见过的测试数据上表现较差的情况。

 

如何分类呢？

 

回归任务是由得分值去计算损失，分类任务由概率值计算损失 

以上计算过程都是前向传播。反向传播是说得到的损失大的W该如何调整呢？（为了能让损失下降，即优化的过程）