机器学习与深度学习基础(三):感知机、神经网络、前向传播、反向传播

深度学习入门笔记(六):误差反向传播算法 误差反向传播法——能够高效计算权重参数的梯度的方法。要正确理解误差反向传播法,有两种方法: 一种是基于数学式;另一种是基于计算图(computational graph)。前者是比较常见的方法,机器学习相关的图书中多数都是以数学式为中心展开论述的。因为这种方法严密且简洁,所以确实非常合理,但如果一上来就围绕数学式进行探讨,会忽略一些根本的东西,止步于式子的罗列。因此,本章希望大家通过计算图,直观地理解误差反向传播法。然后,再结合实际的代码加深理解,相信大家一定会有种“原来如此!”的感觉。 阅读详情

文章目录

  • 一、感知机模型的发明
    • 1. 感知机的数学原理
    • 2. 应用与扩展
  • 二、神经网络的诞生与结构
    • 1. 神经网络基本结构
    • 2. 神经网络的数学原理
    • 3. 常见激活函数
      • sigmoid
      • tanh
      • Relu
      • Leaky Relu
    • 4. 神经网络的核心优势
  • 三、前向传播与反向传播
    • 1. 前向传播
      • (1)数学表示
      • (2)计算流程
    • 2. 反向传播
      • (1)激活函数
      • (2)梯度计算
      • (3)计算流程
    • 3. 梯度消失与梯度爆炸

一、感知机模型的发明

感知机是由美国科学家 Frank Rosenblatt 在1957年提出的一种简单的线性二分类模型,是神经网络和支持向量机的基础。

感知机模拟了生物神经元的工作原理:接收多个输入信号,通过权重加权求和后,经过激活函数处理,输出一个二值结果(0 或 1,也可以是 -1 或 1)。

在这里插入图片描述

  • 感知机的核心特点:
    线性分类器,只能处理线性可分的问题
    通过梯度下降法更新权重,实现参数学习
    是单层神经网络,也是深度学习的基础

1. 感知机的数学原理

在这里插入图片描述

2. 应用与扩展

基础应用:简单的二分类任务(垃圾邮件识别、故障检测、信用评分)
扩展1:多层感知机(MLP)→ 解决非线性问题,构成深度学习的基础
扩展2:卷积神经网络(CNN)→ 在图像识别中保留感知机的加权求和核心
扩展3:感知机收敛定理 → 对于线性可分数据,感知机一定能在有限步内收敛

二、神经网络的诞生与结构

神经网络的诞生是多学科交叉、生物智能模仿、传统算法瓶颈倒逼与实际应用需求牵引的共同结果:

其思想源于对生物神经元工作机制的研究,1943 年 M-P 神经元模型奠定数学基础,1957 年感知机的提出标志着第一代可学习神经网络的诞生;

传统符号主义 AI 和统计模型在非线性、非结构化数据处理上的局限,催生了这种依赖数据自主学习的新范式;

数学、计算机科学与认知科学的融合为其提供了理论与硬件支撑,而军方模式识别、工业自适应控制等实际需求则推动其从实验室走向应用;

本质上,它是人类试图通过模拟神经元连接与数据驱动学习,复刻生物智能、突破传统算法限制的探索成果,后续也历经了感知机局限性引发的低谷与反向传播算法带来的复兴。

  • 神经网络的诞生背景:

在这里插入图片描述

  • 神经网络发展:

在这里插入图片描述

  • 深度神经网络:
    层次更深,可实现端到端的神经网络。

1. 神经网络基本结构

在这里插入图片描述

🔍 各层功能详解
输入层:接收外部数据,每个节点代表一个特征
隐藏层:进行特征提取和变换,层数越多学习能力越强
输出层:产生最终结果,节点数取决于任务类型

2. 神经网络的数学原理

在这里插入图片描述

3. 常见激活函数

sigmoid

在这里插入图片描述

tanh

在这里插入图片描述

Relu

在这里插入图片描述

Leaky Relu

在这里插入图片描述

4. 神经网络的核心优势

  • 通用逼近能力:理论上可以逼近任何连续函数
  • 非线性建模:通过激活函数引入非线性
  • 自动特征学习:无需手工设计特征
  • 并行计算:天然适合并行处理
  • 容错性:部分节点失效不影响整体性能
  • 可扩展性:可以通过增加层数和节点提升能力

三、前向传播与反向传播

前向传播与反向传播是神经网络训练过程中相辅相成的两个核心环节:

前向传播是将输入数据逐层通过神经网络的权重和激活函数计算,最终输出预测结果的过程,其目的是基于当前网络参数完成 “从输入到输出” 的推理,对比预测值与真实标签得到误差;

反向传播则是从输出层的误差出发,沿着网络层级反向计算每个参数对误差的贡献(梯度),并借助梯度下降法更新权重和偏置,其核心是让网络 “从错误中学习”,不断调整参数以缩小预测误差,最终实现神经网络的优化训练。

简单来说,前向传播负责 “做预测、找误差”,反向传播负责 “算梯度、改参数”,二者循环迭代直至网络收敛。

1. 前向传播

前向传播是数据从输入层流向输出层的过程。在这个过程中,每一层的神经元接收前一层的输出,进行加权求和,然后通过激活函数处理,将结果传递给下一层。

(1)数学表示

在这里插入图片描述

(2)计算流程

在这里插入图片描述

  • 示例:
    在这里插入图片描述

2. 反向传播

反向传播是通过计算损失函数对网络参数的梯度,然后使用这些梯度来更新权重和偏置的过程。这个过程从输出层开始,逐层向输入层传播错误信号。

(1)激活函数

在这里插入图片描述

(2)梯度计算

在这里插入图片描述

(3)计算流程

在这里插入图片描述

  • 示例:

在这里插入图片描述

3. 梯度消失与梯度爆炸

在这里插入图片描述

详细解释:前向传播、反向传播等 反向传播(Backward Propagation)**是训练神经网络的两个核心过程。通过理解和掌握这两个过程,可以更好地设计、训练和优化神经网络模型,提升其在各种任务中的表现。它基于损失函数的梯度,通过链式法则(Chain Rule)将误差从输出层逐层传播回输入层,计算每个参数对损失的贡献。是指数据从输入层经过各个隐藏层,最终到达输出层的过程。在神经网络中,每一层的输出依赖于上一层的输出,通过链式法则,可以逐层计算梯度。通过反复执行前向传播和反向传播,模型逐步优化其参数,以达到更好的任务表现。 阅读详情

相关推荐

独家思维导图!让你秒懂李宏毅2020深度学习(三)——深度学习基础(神经网络和反向传播部分)

独家思维导图!让你秒懂李宏毅2020深度学习(三)——深度学习基础 前面两篇文章主要介绍了李宏毅视频中的机器学习部分,从这篇文章开始,我将介绍李宏毅视频中的深度学习部分,难度又将提升一个档次,大家一起加油鸭!本篇内容融合了李宏毅深度学习基础部分的多项知识,顺序根据博主的理解进行了些许调整,旨在能让大家更清晰的理解,有啥理解不对的地方欢迎大家批评指正! 前两篇文章传送门: 独家思维导图!让你秒懂李宏毅2020机器学习(一)—— Regression回归 独家思维导图!让你秒懂李宏毅2020机器学习(二)—

小哨的博客 4072

机器学习理论之(13):感知机 Perceptron;多层感知机(神经网络)

文章目录表示学习 (representation Learning)生物神经元 V.S. 人造神经元感知机 (Perceptron)训练感知机(Training Perceptron) 表示学习 (representation Learning) 表示学习是神经网络的一个常见应用 例如图像相关的任务,数据的特征维度太高(通常在几十万上百万的维度,因为图像的每个像素点都是一个特征) 深度学习中常用 embedding 来对高维度数据进行处理,将其重新编码成维度较低的特征。 深度网络可以通过学习 embedd

qq_42902997的博客 4257

【ML】深度学习演进与神经网络反向传播推导 2

神经网络的反向传播(Backpropagation)算法是一种用于训练人工神经网络的监督学习算法。它通过计算网络输出与实际目标值之间的误差来调整网络中的权重,目的是最小化这个误差。反向传播算法的核心是梯度下降法,它利用了微积分中的链式法则来计算梯度。反向传播算法是深度学习领域的基石,它使得复杂的神经网络模型能够通过大量数据进行有效训练。随着深度学习技术的不断发展,反向传播算法也在不断地被优化和改进,以适应更大规模的网络和更复杂的任务。现在网络结构有了,计算和训练过程怎么操作呢?

格物致知 1150

机器学习与神经网络简介

机器学习是什么:根据米切尔的定义,他是一个计算机程序从数据和经验中去学习,用来解决特定的问题。首先它是一个计算机程序,它不能是人工,它得是智能。而且它要从过往的数据过往的经验中去学习,所以它是数据驱动的,要用大量的数据去训练它。他得总结归纳出一些模式,这是它学习到的东西。所以这也被称为统计学习。为什么现在的机器学习其实都是统计机器学习呢,就是统计就是要从过往的经验中,去拟合出一个概率分布来解决新数据的预测问题。所以叫做统计学习问题。

weixin_44000084的博客 2312

深度学习入门:神经网络基础+多层感知机

深度学习入门:神经网络基础+多层感知机

qq_51439007的博客 4335

ML、RL、DM、DL初步理解

2020年2月15日16:24:51 今日任务: 弄明白以下四个内容的特点、方向、内容以及关系: 机器学习(ML) 深度学习(DL) 强化学习(RL) 数据挖掘(DM) ML 维基百科解释的很详细! 机器学习算法基于样本数据(称为“ 训练数据 ”)建立数学模型,以便进行预测或决策,而无需明确地编程以执行任务。 机器学习是人工智能的一个部分,很广泛的用于应用中,如邮件检测和计算机视觉等。与统计学...

小卜妞的博客 1万+

机器学习——神经网络

从最基础的神经网络结构,到BP算法公式推导,原理举例,和代码讲解(代码考虑到字数另加的超链接)

四川兔兔的博客 9379

机器学习(二) 神经网络——多层感知机——反向传播

概述 深度学习的目的是找出已知经验的潜在规律。

weixin_43165513的博客 1673

神经网络系列---感知机(Neuron)

感知机(Neuron)的学习过程主要涉及确定合适的权重,以便对不同的输入样本进行正确的分类。感知机(Neuron)是一种简单而有效的二分类算法,用于将输入数据划分为两个类别。需要注意的是,感知机(Neuron)只适用于线性可分的问题,即可以通过一个超平面将两个类别的数据完全分开。其中,x是输入向量,w是权重向量,b是偏置项,sign是符号函数,将输入的实数映射为+1或-1,表示两个不同的类别。下面用感知机(Neuron) 表达 与(AND)、 或(OR) 、非(NOT) 、异或(XOR) 、 运算。

weixin_43763292的博客 3427

什么是神经网络和机器学习?【云驻共创】

机器学习是一门多领域交叉学科,涉及统计学、数据分析、概率论、计算机科学等多门学科,它的目标是通过研究利用数据和算法来模拟或实现人类的学习行为,以获取新的知识或技能,重新组织已有的知识结构使之不断地改善自身的性能。无论是在工业生产中的质量控制,医学影像的分析,还是在智能驾驶中的环境感知,神经网络和机器学习技术都发挥着不可或缺的作用,为解决现实世界中的复杂问题提供了强大的工具和方法。此外,深度学习作为神经网络的一个分支,通过多层次的表示学习来提高模型的性能,已成为机器学习领域的热门研究方向之一。

一键难忘的博客 4219

akshare 布林通道策略

import datetime import pandas as pd import backtrader as bt import matplotlib.pyplot as plt from datetime import datetime import matplotlib import akshare as ak %matplotlib inline class Boll_strategy(bt.Strategy): #自定义参数,每次买入1800手 params=(('size'.

qq_26742269的博客 5337

【深度学习基础】多层感知机06:前向传播、反向传播和计算图

本文讲解深度学习中的前向传播、反向传播和计算图。前向传播在神经网络定义的计算图中按顺序计算和存储中间变量,它的顺序是从输入层到输出层。反向传播按相反的顺序计算和存储神经网络的中间变量和参数的梯度。在训练深度学习模型时,前向传播和反向传播是相互依赖的。训练比预测需要更多的内存。

Morse_Chen的博客 1602

量子密钥分发(QKD)原理、工程实现与实战部署全解析

密钥分发是信息安全的核心基础,它解决了通信双方如何安全共享秘密密钥的难题。传统方法依赖于数学问题的计算复杂性,而量子密钥分发(QKD)则基于量子力学原理,为密钥分发提供了信息论安全的物理保障。其核心价值在于,利用量子不可克隆定理和测量坍缩原理,使得任何窃听行为都会被合法通信方检测到,从而在理论上实现无条件安全的密钥协商。这项技术特别适用于对安全性要求极高的场景,如金融数据同步、政务专网和电力系统保护。本文聚焦于量子保密通信,深入剖析了以BB84协议为代表的QKD工作原理,并详细拆解了包含单光子探测、偏振编码

weixin_29324401的博客 345

深度学习——前向传播与反向传播、神经网络(前馈神经网络与反馈神经网络)、常见算法概要汇总

面试资料收集者之深度学习——前向传播与反向传播、神经网络(前馈神经网络与反馈神经网络)、常见算法概要汇总

分享包括但不限于计算机基础知识、数据结构与算法、Golang技术栈。年与时驰,意与日去,遂成枯落,多不接世,悲守穷庐,将复何及! 2720

第二十一篇: `man`, `tldr`, `explain` - 授人以渔的“终极指令”

我们已经一起学习了19个(组)关键命令,从nvidia-smi到kubectl。但这只是GPU运维武器库中的一小部分。技术日新月异,新的工具、新的参数会不断涌现。这个系列的真正目的,不仅是教会你使用这19件“兵器”,更是希望你掌握学习任何一件新兵器的方法论。这套方法论就是你的“终极指令”。授人以鱼不如授人以渔。至此,《GPU运维指令集:20个关键命令的战地手册》系列已全部完结。我们从nvidia-smi出发,一路探索了监控、诊断、容器、集群、网络、性能等各个维度的命令,最后用自动化脚本将它们串联,又用。

weixin_42587823的博客 1350

Python爬虫实战:利用Selenium与Playwright抓取美团外卖数据

在当今大数据时代,网络数据采集已成为商业分析和市场研究的重要手段。本文以美团外卖平台为例,详细介绍如何使用Python最新爬虫技术(Selenium、Playwright)进行数据采集,并探讨相关技术原理、反爬应对策略及数据存储方案。通过5000+字的详细讲解和完整代码示例,帮助读者掌握现代网络爬虫开发的核心技能。本文详细介绍了使用Python最新爬虫技术采集美团外卖数据的完整流程,涵盖了从环境配置、页面分析到数据存储的全链路解决方案。

2201_76125261的博客 2550

【深度学习】多层感知机(MLP)

多层感知机(Multilayer Perceptron,简称MLP)是一种前向人工神经网络模型,由多个神经元组成的网络层间以全连接的方式连接。MLP由若干个神经元组成的多个层次组成,其中包括输入层、隐藏层和输出层。输入层接收输入数据,并将数据传递给隐藏层。隐藏层通过激活函数将输入值转换为输出值,并将其传递到输出层。输出层给出最终的预测结果。每个神经元在隐藏层和输出层中都有权重和偏置,可以看作一个非线性的函数,它接收来自上一层神经元的输入,并根据权重和偏置进行一系列的计算,最终产生输出。

九筠的博客 1万+

AI辅助需求分析与提示词生成

文章标题 《AI辅助需求分析与提示词生成》 关键词 人工智能 需求分析 提示词生成 深度学习 机器学习 强化学习 数学模型 系统架构

AI天才研究院 1212

【机器学习】多层神经网络中的误差反向传播算法与过拟合抑制技术的比较与优化

多层神经网络(MLP)是深度学习中的一种基础模型,由多个线性和非线性变换层组成。网络的每一层都由多个神经元组成,每个神经元接收前一层输出的加权和,并通过激活函数进行非线性转换在Python中,我们可以使用深度学习框架(如PyTorch)来快速实现一个多层神经网络。# 定义一个简单的多层感知机(MLP)模型self.fc1 = nn.Linear(input_size, hidden_size) # 输入到隐藏层的全连接。

null18的博客 1989

pyecharts在jupyter notebook中不能够渲染图表问题。

在使用jupyter notebook中使用pyecharts绘制可视化图表的时候,发现图表不能渲染到页面中,生成的html是没问题的,本文主要解决在jupyter notebook中不能渲染这个问题。

猿小白的博客 1164

innovus:像ICC2一样设置placement label

ICC2有placement label/placement rule功能,能控制各种类型cell 之间的spacing规则,包括top和bottom edge的spacing。innovus也有相同的功能,以下示例方便大家了解用法。我们需要给所有OAI* cell之间设置一个spacing rule,让他们不要上下或者挨着。效果如下图,这个spacing指的是同一边的间距,不是cell间距。我正在「拾陆楼」和朋友们讨论有趣的话题,你⼀起来吧?

m0_61544122的博客 833

机器学习与深度学习

机器学习是一门多领域交叉学科,涉及概率论、统计学、逼近论、凸分析、算法复杂度理论等多门学科。专门研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为,以获取新的知识或技能,重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能。

m0_55714347的博客 5496

基于Playwright与异步技术的公司评价智能爬取实战:以Glassdoor为例

本文将介绍一套基于最新Python技术的智能爬虫解决方案,使用Playwright实现浏览器自动化,结合异步编程和智能解析技术,高效抓取Glassdoor等平台的公司评价数据。我们不仅关注数据获取,更注重数据的结构化处理和反反爬虫策略的实现。

2201_76125261的博客 223

“反向传播算法”过程及公式推导(超直观好懂的Backpropagation)

自己学习机器学习,深度学习也有好长一段时间了,一直以来都想写点有价值的技术博客,以达到技术分享及记录自己成长的目的,奈何之前一直拖着,近来算是醒悟,打算以后不定时写一写博客,也算是作为自己不断学习,不断进步的记录。既然是写博客,希望自己的博客以后要做到“准确、生动、简洁、易懂”的水平,做到对自己、对读者负责,希望大家多交流,共同进步! 言归正传,想起当时自己刚入门深度学习的时候,当时对神经网络的“...

aift的专栏 24万+

ssm框架搭建

这个是一个在idea上成功跑起来的ssm框架项目,保存在这里方便以后使用直接下载

C# WinForm 基于DirectShow.dll编写的程序,可边预览边保存视频,音频和图片

基于微软的DirectShow.dll的二次开发1.自动识别连接的摄像头跟麦克风且可以对其进行选择(默认选中第一个)2.可录制wmv和avi两种格式的视频并且都带有音频,avi可以录制的分辨率和帧数进行选择,wmv默认进行了淸晰度优化如不喜欢可去除代码中有相关提示3.可在预览点开之后进行拍照,也可边录制视频边拍照4.添加了视频和音频的压缩功能(酌情使用)这次二次开发发现C#对DirectShow的相关信息太少,这次做完也不敢藏私共享出来,还望大家指正

深度学习之手撕神经网络代码(基于numpy)

声明 1)该文章整理自网上的大牛和机器学习专家无私奉献的资料,具体引用的资料请看参考文献。 2)本文仅供学术交流,非商用。所以每一部分具体的参考资料并没有详细对应。如果某部分不小心侵犯了大家的利益,还望海涵,并联系博主删除。 3)博主才疏学浅,文中如有不当之处,请各位指出,共同进步,谢谢。 4)此属于第一版本,若有错误,还需继续修正与增删。还望大家多多指点。大家都共享一点点,一起为祖国科研的推进添...

种树最好的时间是10年前,其次是现在!!! 8456

ET2012新版免狗免安装绿色软件

ET2012新版免狗免安祖昂绿色软件。,新界面,新视觉,

深度学习(一):DNN前向传播算法和反向传播算法

文章目录一、深度神经网络(DNN)模型1.1 从感知机到神经网络1.2 DNN的基本结构二、DNN前向传播算法2.1 DNN前向传播算法数学原理2.2 DNN前向传播算法2.3 DNN前向传播算法小结三、DNN反向传播算法3.1 DNN反向传播算法要解决的问题3.2 DNN反向传播算法的基本思路3. 3 DNN反向传播算法过程3.4 DNN反向传播算法小结参考文献 一、深度神经网络(DNN)模型 ...

anshuai_aw1的博客 2万+

android 蓝牙通讯demo

android 下蓝牙通讯demo,实现了发现蓝牙,使能蓝牙,通过蓝牙发送消息。

上一篇: 机器学习与深度学习基础(二):无监督学习与半监督学习
下一篇: 机器学习与深度学习基础(四):什么是连接主义与符号主义
TracyCoder123
博客等级 码龄8年 1万+粉丝 226原创
评论
成就一亿技术人!
拼手气红包6.0元
还能输入1000个字符
 
 条评论被折叠 查看
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付:10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包

打赏作者

TracyCoder123

你的鼓励将是我创作的最大动力

¥1 ¥2 ¥4 ¥6 ¥10 ¥20
扫码支付:¥1
获取中
扫码支付

您的余额不足,请更换扫码支付或充值

打赏作者

实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值