机器学习能良好解决的问题

  • 识别模式
  • 识别异常
  • 预測

大脑工作模式

人类有个神经元,每一个包括个权重,带宽要远好于工作站。

神经元的不同类型

Linear (线性)神经元 



Binary threshold (二值)神经元 

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\begin{array}{l}z = b + \sum\limits_i^n {{x_i}{w_i}} \\y = \left\{ \begin{array}{l}\begin{array}{*{20}{c}}1&{z \ge 0}\end{array}\\\begin{array}{*{20}{c}}0&{otherwise}\end{array}\end{array} \right.\\\theta = - b\end{array}" alt="">

ReLu(Rectified Linear Units) 神经元

 

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Sigmoid 神经元 

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\begin{array}{l}z = b + \sum\limits_i^n {{x_i}{w_i}} \\y = \frac{1}{{1 + {e^{ - z}}}}\end{array}" alt="">

Stochastic binary (随机二值)神经元 

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\begin{array}{l}z = b + \sum\limits_i^n {{x_i}{w_i}} \\p\left( {s = 1} \right) = \frac{1}{{1 + {e^{ - z}}}}\end{array}" alt="">

学习任务的不同类型

Supervised learning(监督学习)

给定输入向量。学习怎样预測输出向量。

比如:回归与聚类。

Reinforcement learning(增强学习)

学习怎样选择动作去最大化payoff(收益)。

输出是一个动作,或者动作的序列。唯一的监督信号是一个标量反馈。

难度在于反馈在非常大程度上是有延时的,并且一个标量包括的信息量非常有限。



Unsupervised learning(非监督学习)

发现输入的良好内在表达形式。

提供输入的紧凑、低维度表达。

由已经学到的特征来提供输入的经济性高维度表达。

聚类是极度稀疏的编码形式。仅仅有一维非零特征。





神经网络的不同类型

Feed-forward neural networks (前向传播神经网络)

超过一层隐含层即为深度神经网络。

 

Recurrent networks(循环神经网络) 

生物学上更可信。

用RNN能够给序列进行建模:

等效于很深的网络,每层隐含层相应一个时间片。

隐含层有能力记忆长时间信息。 

从几何角度看感知机

Weight-space (权重空间)

每一个权重相应空间一维。

空间每一点相应某个特定权重选择。

忽略偏置项,每一个训练样本能够视为一个过原点的超平面。

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把全部的训练样本都考虑进去,权重的可行解就在一个凸锥里面了。 

二值神经元做不到的事

同或 

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循环简单模式识别 

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不论对于模式A或是模式B,每次把整个训练集跑完时,神经元得到的输入都是全部权值的4倍。

没有不论什么差别。也就无法区分两者之间的差异了(非循环模式能够识别)。

使用隐藏神经元

线性神经元再多层也是线性的,不会添加网络学习能力。

固定输出的非线性也不够。

学习隐藏层的权重等效于学习特征。



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