DeepLearning学习（1）--多层感知机

想直接学习卷积神经网络，结果发现因为神经网络的基础较弱，学习起来比较困难，所以准备一步步学。并记录下来，其中会有很多摘抄。

（一）什么是多层感知器和反向传播

　　1，单个神经元

　神经网络的基本单元就是神经元，一个神经元就是处理输入并输出的小玩意，下面是一个图

 

，

可以看到每一个输入都有自己的权重，权重和输入的值相乘，然后加上一个偏置b之后在经过一个函数f得到输出y，这个f就是激活函数，激活函数的作用是将非线性引入神经元的输出。因为大多数现实世界的数据都是非线性的，我们希望神经元能够学习非线性的函数表示，所以这种应用至关重要。

 

常用的激活函数：

     1：Sigmoid（S 型激活函数）：输入一个实值，输出一个 0 至 1 间的值

　　

Sigmoid函数由下列公式定义

Sigmoid 曲线

2：tanh（双曲正切函数）：输入一个实值，输出一个 [-1,1] 间的值

 

3：ReLU：ReLU 代表修正线性单元。输出一个实值，并设定 0 的阈值（函数会将负值变为零）f(x) = max(0, x)。

偏置的重要性：偏置的主要功能是为每一个节点提供可训练的常量值（在节点接收的正常输入以外）。神经元中偏置的作用，详见这个链接：http://stackoverflow.com/q/2480650/3297280

2，前馈神经网络

前馈神经网络是最先发明也是最简单的人工神经网络 [3]。它包含了安排在多个层中的多个神经元（节点）。相邻层的节点有连接或者边（edge）。所有的连接都配有权重

一个前馈神经网络的例子

一个前馈神经网络可以包含三种节点：

1. 输入节点（Input Nodes）：输入节点从外部世界提供信息，总称为「输入层」。在输入节点中，不进行任何的计算——仅向隐藏节点传递信息。

2. 隐藏节点（Hidden Nodes）：隐藏节点和外部世界没有直接联系（由此得名）。这些节点进行计算，并将信息从输入节点传递到输出节点。隐藏节点总称为「隐藏层」。尽管一个前馈神经网络只有一个输入层和一个输出层，但网络里可以没有也可以有多个隐藏层。

3. 输出节点（Output Nodes）：输出节点总称为「输出层」，负责计算，并从网络向外部世界传递信息。

在前馈网络中，信息只单向移动——从输入层开始前向移动，然后通过隐藏层（如果有的话），再到输出层。在网络中没有循环或回路 [3]（前馈神经网络的这个属性和递归神经网络不同，后者的节点连接构成循环）。

多层感知机就是前馈神经网络的一个例子（至少含有一个隐藏层）

多层感知器（Multi Layer Perceptron，即 MLP）包括至少一个隐藏层（除了一个输入层和一个输出层以外）。单层感知器只能学习线性函数，而多层感知器也可以学习非线性函数。

图 4：有一个隐藏层的多层感知器

图 4 表示了含有一个隐藏层的多层感知器。注意，所有的连接都有权重，但在图中只标记了三个权重（w0,，w1，w2）。

输入层：输入层有三个节点。偏置节点值为 1。其他两个节点从 X1 和 X2 取外部输入（皆为根据输入数据集取的数字值）。和上文讨论的一样，在输入层不进行任何计算，所以输入层节点的输出是 1、X1 和 X2 三个值被传入隐藏层。

隐藏层：隐藏层也有三个节点，偏置节点输出为 1。隐藏层其他两个节点的输出取决于输入层的输出（1，X1，X2）以及连接（边界）所附的权重。图 4 显示了隐藏层（高亮）中一个输出的计算。其他隐藏节点的输出计算同理。需留意 *f *指代激活函数。这些输出被传入输出层的节点。

输出层：输出层有两个节点，从隐藏层接收输入，并执行类似高亮出的隐藏层的计算。这些作为计算结果的计算值（Y1 和 Y2）就是多层感知器的输出。

给出一系列特征 X = (x1, x2, ...) 和目标 Y，一个多层感知器可以以分类或者回归为目的，学习到特征和目标之间的关系。

训练我们的多层感知器：反向传播算法常缩写为「BackProp」，是几种训练人工神经网络的方法之一。这是一种监督学习方法，即通过标记的训练数据来学习（有监督者来引导学习）。

简单说来，BackProp 就像「从错误中学习」。监督者在人工神经网络犯错误时进行纠正。一个人工神经网络包含多层的节点；输入层，中间隐藏层和输出层。相邻层节点的连接都有配有「权重」。学习的目的是为这些边缘分配正确的权重。通过输入向量，这些权重可以决定输出向量。在监督学习中，训练集是已标注的。这意味着对于一些给定的输入，我们知道期望 / 期待的输出（标注）。

反向传播算法

：

最初，所有的边权重（edge weight）都是随机分配的。对于所有训练数据集中的输入，人工神经网络都被激活，并且观察其输出。这些输出会和我们已知的、期望的输出进行比较，误差会「传播」回上一层。该误差会被标注，权重也会被相应的「调整」。该流程重复，直到输出误差低于制定的标准。

上述算法结束后，我们就得到了一个学习过的人工神经网络，该网络被认为是可以接受「新」输入的。该人工神经网络可以说从几个样本（标注数据）和其错误（误差传播）中得到了学习。

在分类任务中，我们通常在感知器的输出层中使用 Softmax 函数作为激活函数，以保证输出的是概率并且相加等于 1。Softmax 函数接收一个随机实值的分数向量，转化成多个介于 0 和 1 之间、并且总和为 1 的多个向量值。

第一步前向传播，利用训练集中的一个样本的输入特征，作为输入层，然后经过前向传播，得到输出值。

第二步利用输出值和样本值计算总误差再利用反向传播来更新权重。

反向传播的数学推到参考链接http://home.agh.edu.pl/~vlsi/AI/backp_t_en/backprop.html。今天先到这。。。