基于深度学习的入侵检测记录二

这篇博客深入探讨了深度学习(DL)在入侵检测中的训练过程,包括自下而上的非监督学习用于特征学习,以及自顶向下的监督学习进行网络微调。讨论了如AutoEncoder、稀疏编码、限制波尔兹曼机和深信度网等关键算法,为理解DL在图像识别中的应用提供了基础。

写在前面

  我们已经了解了深度学习的基本概念,但是还不了解它具体如何实现。设想一下,如果让你来实现深度学习,你会如何做?就以图像识别为例,比方说一辆摩托车,如何让机器做出正确的选择?
  我试图以通俗的语言进行解释,但是发现解释不好。那么,我们就先来看一下深度学习的实现过程再回过头看这个问题。

DL训练过程

  看一下这段话

deep learning训练过程具体如下:
1. 使用自下上升非监督学习(就是从底层开始,一层一层的往顶层训练):
  采用无标定数据(有标定数据也可)分层训练各层参数,这一步可以看作是一个无监督训练过程,是和传统神经网络区别最大的部分(这个过程可以看作是feature learning过程):
  具体的,先用无标定数据训练第一层,训练时先学习第一层的参数(这一层可以看作是得到一个使得输出和输入差别最小的三层神经网络的隐层),由于模型capacity的限制以及稀疏性约束,使得得到的模型能够学习到数据本身的结构,从而得到比输入更具有表示能力的特征;在学习得到第n-1层后,将n-1层的输出作为第n层的输入,训练第n层,由此分别得到各层的参数;
2. 自顶向下的监督学习(就是通过带标签的数据去训练,误差自顶向下传输,对网络进行微调):
  基于第一步得到的各层参数进一步fine-tune整个多层模型的参数,这一步是一个有监督训练过程;第一步类似神经网络的随机初始化初值过程,由于DL的第一步不是随机初始化,而是通过学习输入数据的结构得到的,因而这个初值更接近全局最优,从而能够取得更好的效果;所以deep learning效果好很大程度上归功于第一步的feature learning过程。

可以看到,训练的过程分为两个部分,利用非监督学习自下而上一层一层进行训练,使得这一层的输入和输出差别最小。利用监督学习自上向下对网络进行微调。第一部分可以看成是feature learning的过程。接下来看下具体的算法。

### 基于深度学习入侵检测系统概述 在网络攻击日益复杂的背景下,传统的入侵检测方法难以应对新型威胁。为此,研究人员转向利用深度学习技术提升入侵检测能力[^1]。 #### 技术原理 深度学习通过构建多层神经网络架构,能够在不同层次上自动提取并表示复杂的数据特征。这种特性使其特别适合用于分析大规模且高维数的安全日志或流量数据,在不依赖人工定义规则的情况下发现潜在异常行为模式[^2]。 #### 特征工程与预处理 针对原始网络流数据,通常会经过一系列转换操作以适应深度学习模型的要求: - **标准化/归一化**:调整数值范围以便更好地收敛; - **降维**:减少冗余信息的同时保留重要属性; - **编码**:将类别型变量映射到实数值空间内便于计算。 这些步骤有助于提高后续建模过程中的效率及准确性。 #### 模型选择与训练策略 常见的深度学习框架如TensorFlow、PyTorch可用于搭建各类神经网络结构来进行入侵检测任务的学习。具体来说: - 应用循环神经网络(RNN),尤其是长短时记忆单元(LSTM), 来处理时间序列性质较强的通信记录; - 结合自注意力机制(Transformer)增强全局感知力。 随着迭代次数增多,损失函数值持续降低直至趋于稳定状态,表明参数优化完成[^4]。 ```python import tensorflow as tf from sklearn.preprocessing import StandardScaler, OneHotEncoder # 数据准备阶段省略... model = tf.keras.models.Sequential([ tf.keras.layers.Dense(64, activation='relu', input_shape=(input_dim,)), tf.keras.layers.Dropout(0.5), tf.keras.layers.Dense(num_classes, activation='softmax') ]) model.compile(optimizer='adam', loss=tf.keras.losses.CategoricalCrossentropy(), metrics=['accuracy']) history = model.fit(x_train_scaled, y_train_encoded, epochs=epochs_num, batch_size=batch_sz, validation_split=val_ratio) ``` 此段代码展示了如何创建一个简单的全连接前馈神经网络,并对其进行编译和拟合操作。实际应用场景下还需考虑更多细节配置以及调参工作。
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