机器学习05神经网络--表示

神经网络：表示（Neural Networks: Representation）

如今的神经网络对于许多应用来说是最先进的技术。

对于现代机器学习应用，它是最有效的技术方法。

神经网络模型是许多逻辑单元按照不同层级组织起来的网络， 每一层的输出变量都是下一层的输入变量。

下图为一个 3 层的神经网络：

第一层为输入层（Input Layer）

中间一层为隐藏层（Hidden Layers）

最后一层为输出层（Output Layer）

我们为每一层都增加一个偏差单位（bias unit）：

代表第 j 层的第 i 个激活单元。

代表从第 j 层映射到第 j+1 层时的权重的矩阵。

其尺寸为：以第 j+1 层的激活单元数量为行数，以第 j 层的激活单元数加1为列数的矩阵。

对于上图所示的模型，激活单元和输出分别表达为：

每一个 a 都是由上一层所有的 x 和每一个 x 所对应的权重决定的。

把这样从左到右的算法称为前向传播算法( FORWARD PROPAGATION )

完整计算过程：

其实神经网络就像是 logistic regression，只不过我们把 logistic regression 中的输入向量[x1~x3]变成了中间层的[a(2)1~a(2)3]。

我们可以把 a0,a1,a2,a3看成更为高级的特征值，也就是 x0,x1,x2,x3的进化体，并且它们是由 x 与决定的。

这些更高级的特征值远比 x 次方厉害，也能更好的预测新数据。 

这就是神经网络相比于逻辑回归和线性回归的优势。 

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从本质上讲，神经网络能够通过学习得出其自身的一系列特征。

神经网络中，单层神经元（无中间层）的计算可用来表示逻辑运算，比如逻辑 AND、逻辑或 OR 、逻辑非NOT。 

可以利用神经元来组合成更为复杂的神经网络以实现更复杂的运算， 例如 XNOR 功能。

按这种方法我们可以逐渐构造出越来越复杂的函数，也能得到更加厉害的特征值。 

这就是神经网络的厉害之处。

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多类分类（Multiclass Classification）

假设k类，则输出层有k个神经元。

每个样例的类标都是一个k向量，对应下标置1，其余置0。

如有4类：