ANN

人工神经网络(ANN)是一种模仿生物神经网络的信息处理系统,适用于处理模糊、随机及非线性数据。本文介绍了ANN的基本概念、多层前向神经元网络结构,并探讨了其自学习、自组织与自适应特性。

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人工神经网络(Artificial Neural Network,简称ANN ),以数学模型模拟神经元活动,是基于模仿大脑神经网络结构和功能而建立的一种信息处理系统。由Minsley和Papert提出的多层前向神经元网络(也称多层感知器)是目前最为常用的网络结构。

人工神经网络有多层和单层之分,每一层包含若干神经元,各神经元之间用带可变权重的有向弧连接,网络通过对已知信息的反复学习训练,通过逐步调整改变神经元连接权重的方法,达到处理信息、模拟输入输出之间关系的目的。它不需要知道输入输出之间的确切关系,不需大量参数,只需要知道引起输出变化的非恒定因素,即非常量性参数。因此与传统的数据处理方法相比,神经网络技术在处理模糊数据、随机性数据、非线性数据方面具有明显优势,对规模大、结构复杂、信息不明确的系统尤为适用。

人工神经网络具有自学习、自组织自适应以及很强的非线性函数逼近能力,拥有强大的容错性。它可以实现仿真、二值图像识别、预测以及模糊控制等功能。是处理非线性系统的有力工具。

我们分析一个ANN时,通常都是从它的三要素入手,即 
1)网络拓扑结构; 
2)传递函数; 
3)学习算法。 

这里写图片描述


每一个要素的特性加起来就决定了这个ANN的功能特性。

03-12
### 人工神经网络概述 人工神经网络(Artificial Neural Network, ANN)是一种模拟人脑神经元网络结构和工作方式的计算模型,由大量的人工神经元组成,并通过这些神经元之间的连接来传递信息[^2]。这种模型从信息处理的角度对人脑神经元网络进行了抽象,建立了简单的数学模型并按照不同方式进行连接形成复杂的网络结构[^3]。 #### ANN的工作机制 具体来说,在一个多层感知器类型的ANN中: - 输入信号 \( x_i \) 被送入隐藏层中的各个节点; - 隐藏层第\( h \)个神经元接收到加权后的输入信号之和作为其净输入\[ α_h=\sum_{i=1}^{d}{v_{ih}x_i}\][^1]; - 接着该神经元会应用激活函数\( f() \),加上偏置项\( γ_h \),得到最终输出\[ b_h=f(α_h+γ_h)\]; - 这些来自隐藏层的结果再成为下一层——输出层各单元的新输入源; - 输出层第\( j \)个神经元接收到来自所有前向关联的隐含层单位经过权重调整过的贡献总和\[ β_j=\sum_{h=1}^{q}{w_{hj}b_h}\]; - 同样地,这个值也会被传给激活函数以及相应的阈值参数\( θ_j \),从而得出整个系统的预测输出\[ y_j=f(β_j+θ_j)\]; 因此,ANN能够通过对输入数据的学习自动提取特征,并利用所学得的知识完成分类、回归等各种任务。 ```python import numpy as np def activate(x): return 1 / (1 + np.exp(-x)) # Sigmoid activation function example # Example of computing output for a single neuron in hidden layer and then an output neuron alpha_h = sum([vi * xi for vi, xi in zip(v_weights, inputs)]) bh = activate(alpha_h + gamma) beta_j = sum([wj * bh for wj in w_weights]) yj = activate(beta_j + theta) ```
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