前向传播和反向传播

监督学习和非监督学习

监督学习就是给你一本作业本，后面有答案，自己先做，做完之后对答案，对了ok，不对调整自己的答案，让自己的答案尽最大可能是正确答案。

非监督学习就是给你一本作业本，没答案，自己做。

监督学习中，有一个label，让计算机根据这个label学习；非监督学习中没有。

监督学习主要研究的问题：回归和分类
非监督学习主要研究的问题：聚类

神经网络就是基于监督学习的。

前向传播

对于一个还没有训练好的神经网络而言，各个神经元之间的参数都是随机值，即初始化时赋的值，前向传播过程是神经网络的输入输出过程，即网络是如何根据X的值得到输出的Y值的。

设激活函数为f，权重矩阵为W，偏置项为b，输入为A，输出为Y，则Y = f(AW+b)，计算Y这个过程就是前向传播的过程。

注意：权重矩阵W一开始是个随机值

在样本中我们的数据是(x,label)，而y是我们经过神经网络计算出来的值，也就是估计值，y和label肯定有误差，如何减少误差，需要改变权重矩阵W，反向传播就是解决这个问题的。

反向传播和梯度下降

反向传播是为了减小误差，使得误差最小的权重矩阵的值便是神经网络最终的权重矩阵。对于误差的描述可以采用代价（误差）函数来描述，比如高中学的:，其中y(x)是神经网络的预测值，label(x)是x对应的真实值，可以看出loss是关于权重矩阵的多元函数，当loss最小时W的取值，便是神经网络权重矩阵最终值。

反向传播的核心算法是梯度下降算法，既然反向传播是为了使loss最小，使得loss收敛的最快。根据场论的知识，梯度的方向是函数值增长最快的方向，那么梯度的反方向便是函数值减少最快的方向。基于这一理论，便有了梯度下降法。

梯度下降法的基本思想可以类比为一个下山的过程。假设这样一个场景：一个人被困在山上，需要从山上下来(找到山的最低点，也就是山谷)。但此时山上的浓雾很大，导致可视度很低。因此，下山的路径就无法确定，他必须利用自己周围的信息去找到下山的路径。这个时候，他就可以利用梯度下降算法来帮助自己下山。具体来说就是，以他当前的所处的位置为基准，寻找这个位置最陡峭的地方，然后朝着山的高度下降的地方走，同理，如果我们的目标是上山，也就是爬到山顶，那么此时应该是朝着最陡峭的方向往上走。然后每走一段距离，都反复采用同一个方法，最后就能成功的抵达山谷。如图所示：

可以看到，梯度下降是一个循环或递归的过程，每走一段距离都要执行相同的算法，每次走的距离在梯度下降法称之为学习率（learning rate），如果学习率过大，那么可能会错过最低点；相反，如果学习率过小，那么到达最低点的时间会很长，即函数收敛时间较慢。梯度下降算法的核心公式如下：