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bp神经网络算法原理-bp 神经网络原理

BP 神经网络就是那些用来“学”本事的机器,说白了就是个不断试错然后自我修正的生理学家。它的工作原理就像是在一个大房间里扔石头,石头砸出去哪儿,墙就裂哪儿;墙裂了,人再扔一块更大的石头,就往新裂口里砸。
这个房间就是神经网络,人就是那些不断扔石头的工程师。当石头刚扔出去,墙裂了,人再敲,效果肯定不如第一次好,出于石头可能会多跑几米,墙可能裂得更深要么形状都不一样。
这时候人就意识到刚刚那石头扔得有点偏,便调整了力气和角度,下一块石头扔得准点多了。
这就叫迭代,叫训练,叫优化,BP 神经网络就是靠这个“扔石头-看后果-改力气”的循环,把它的反应从“瞎搞”变成“精准”。 第一步得把石头往哪扔。神经网络有个集合矩阵,里面装着所有的参数,就像人的骨架,骨架对了,人长起来才有样子。扔石头的力气,就是这些参数的值。扔石头的时候,人得有个目标,比如扔个球进个篮子,这就是“目标”。
这个目标就是你的正向传播。假设你的键盘拼出"ABC",但屏幕上的字是"BCD",这时候你就知道哪儿错了,BCD 比 ABC 差,你就把力气往 A 的方向调。在神经网络里,正传播就是算得准不准。我们把输入数据扔进去,经过一堆算子,算出个结局。
要是这个结局跟目标一样好,说明参数摆得对;要是结局差,说明参数摆得偏,力气没对准。
这时候咱们就要拿这个结局跟刚刚扔的石头比,石头扔了墙裂了,咱们看看目前的墙裂得对不对,对不对?不对就调。调好之后,扔下一块更大的石头,看看效果。
这就叫反向传播。 反向传播实际上就是个“看回照”。刚刚扔的是正传播,算出的结局跟目标比;目前扔的是负传播,算出的结局跟刚刚那个结局比。
为啥要跟刚刚比?出于刚刚那一撞,把参数撞偏了。刚刚撞偏了,说明那个参数该调了。反向传播就是让参数跟着刚刚撞得方向调,直到撞得没料想那么重,结局跟目标差不多。
这就好比刚刚打篮球撞墙了,墙裂了,人再砸墙,发现撞得重了,墙裂得更久,人就要学会撞轻点,这样下一块石头就能扔进去了。BP 神经网络就是如此个过程,一层一层地往后传,每层都算出一堆数据,然后往回传。传到最终一层的时候,发现跟实际输入数据不一样,就把所有层的信息都传回去,让每一层都重新算一次。 但这事儿不能光靠人类去试,靠人类试是忒慢了,并且好办撞偏。人工神经网络得一个人一个参数,试过一百次才出一张图,并且这张图可能一辈子学不会新情况。BP 神经网络不一样,它是个集合体,所有人一起扔石头,大家互相帮忙调整力气。它有个自动纠错系统,扔了墙裂了,它自己就能调整参数,不用人动手。它还有个记忆系统,刚刚撞得轻了,它就把“撞轻了”这个经验存下来,赶明儿遇到相似的情况就照做。它不像人工网络那样是一步一步的,BP 神经网络是波动的,它待会儿调重一点,待会儿调轻一点,待会儿还往回走,待会儿又往前冲。它不是线性关系,它是非线性的,这全靠那些复杂的算子,比如马氏距离、高斯函数,还有那些导数,把石头扔得歪歪扭扭也能修成正果。 举个例子,咱们假设一个神经网络要猜一个数。输入是 1,目标也是 1。前期训练的时候,参数摆得乱七八糟,扔石头扔进去,结局输出是 0.9,跟目标差 0.1。
这时候反向传播就启动工作,发现输出跟目标差,就调整参数,让它更接近 1。
接着输入 2,目标还是 1。
这次参数调整后,输出是 1.8,跟目标差 0.8。
这时候又反向传播,发现差得多了,参数又调整,这次调整得更狠了。
就这样,这一次一个,下一次一个,扔石头、看结局、调参数,直到输出跟目标一样接近。
这时候你看到网络,对,它就学会了。它不是猜得准一下子,而是猜多了,然后猜得少,最终猜得准。 自然,这个过程不是一成不变的。
有时候扔石头重了,有时候扔得轻了,有时候还得往回调,有时候还得往前推。
这就像人骨头长了,得磨一磨;人骨头短了,得切一截。BP 神经网络就是靠着这种不断的磨、切、长、短,把参数调整得刚好。它不像人工网络那样,一个参数一个参数地变,而是把整个参数集搭伙为一个整体,扔进去,让它自己变。它靠的是集合里的每个元素相互影响,扔一块石头,墙裂了,整个墙就变了,扔下一块,又换个样子。它不是好办的加法,它是乘法,是乘法里的乘法,是各种各样的组合。它能把好办的规则变成复杂的逻辑,比如“要是 A 形成且 B 形成,那么 C 就形成”,这种逻辑在人工网络里得写一堆条件语句,在 BP 神经网络里,只要参数摆对,逻辑自己就出来了。 人工网络是“人算的”,人摆个参数,人算出结局,人再改参数。BP 神经网络是“自动算的”,参数自己变,算结局,结局又反推参数。它不是确实自动,它是有人的影子,它是人设计的,人扔的石头,人设定的目标,人定义的算子,人建立的规则。但它把这些规则又变成了一种“自动”的本事,让人不用再操心参数如何调,也不用再操心规则如何改,它自己就能干这个活。它就像是一个拥有无限耐心、无限记忆、无限弹性的对手,专门对抗那些拿不准的参数。它能把那些看似凌乱无章的数据,通过不断的扔石头、看后果、调力气,变成一种清楚、准、能预测未来的本事。它不要求你懂数学,只要求你扔得准,看得远,调得狠。
最终,它就能在复杂的迷宫里,找到那条最优的路,把扔石头变成一种高效的策略。
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