人工神经网络

概述

有两种方式可以认为是神经网络。第一是像人的大脑。第二种是像一个数学方程。

一个网络从一个输入开始，有点像一个感觉器官。然后信息流经各层神经元，每个神经元都与其他许多神经元相连。如果一个特定的神经元收到足够的刺激，那么它就会通过其轴突向任何其他神经元发送信息。同样，一个人工神经网络有一个数据输入层，一个或多个分类器隐藏层，以及一个输出层。每个隐藏层的每个节点都与下一层的一个节点相连。当一个节点接收到信息时，它会将一定量的信息发送给它所连接的节点。这个量是由一个叫做激活函数的数学函数决定的，如sigmoid或tanh。

把神经网络想成是一个数学方程式，神经网络只是一个应用于输入的数学运算的列表。每个操作的输入和输出是一个张量（或更具体的是一个矢量或矩阵）。每一对层由一个权重列表连接。每个层都有几个张量存储在其中。一个层中的单个张量称为一个节点。每个节点通过一个权重与下一层的部分或全部节点相连。每个节点也有一个称为偏置的数值列表。然后，每一层的值是当前层的值（称为X）乘以权重的激活函数的结果。

A c t i v a t i o n ( W ( e i g h t s ) ∗ X + b ( i a s ) ){displaystyle Activation(W(eights)*X+b(ias))}.

为网络定义了一个成本函数。损失函数试图估计神经网络在其指定任务中的表现如何。最后，通过改变网络的权重和偏差，应用优化技术来最小化成本函数的输出。这个过程被称为训练。训练是每次一小步完成的。经过成千上万的步骤，网络通常能够很好地完成其指定的任务。

例子

考虑一个检查一个人是否活着的程序。如果一个人有脉搏或有呼吸，程序将输出 "活着"，否则将输出 "死亡"。在一个不随时间学习的程序中，这将被写成。

一个非常简单的神经网络，只由一个神经元组成，解决同样的问题，将看起来像这样。

脉冲、呼吸和活着的值将是0或1，代表假和真。因此，如果这个神经元被赋予（0,1）、（1,0）或（1,1）的值，它应该输出1，如果被赋予（0,0），它应该输出0。开始时，这个隐藏值是随机的，如果神经元没有给我们想要的输出，我们会随着时间调整它。

如果我们把诸如(1,1)这样的值加在一起，我们最终可能会得到大于1的数字，但我们希望我们的输出在0和1之间!为了解决这个问题，我们可以应用一个函数，将我们的实际输出限制在0或1，即使神经元的计算结果不在这个范围内。在更复杂的神经网络中，我们对神经元应用一个函数（如sigmoid），这样它的值将在0或1之间（如0.66），然后我们将这个值一直传递给下一个神经元，直到我们需要我们的输出。

学习方法

神经网络有三种学习方式：监督式学习、无监督式学习和强化式学习。这些方法都是通过最小化或最大化成本函数来工作的，但每一种方法都在某些任务中表现得更好。

最近，英国赫特福德大学的一个研究小组利用强化学习使iCub人形机器人通过咿呀学语学会说简单的单词。