牛人写的神经网络通俗易懂的解释.pdf

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牛人写的神经网络通俗易懂的解释

用平常语言介绍神经网络 (NeuralNetworksinPlainEnglish) 因为我们没有能够很好了解大脑,我们经常试图用必威体育精装版的技术作为一种模型来解释它。在我 童年的时候,我们都坚信大脑是一部电话 交换机 。(否则它还能是什么呢?) 我当时还看 到英国著名神经学家谢林顿把大脑的工作挺有趣地比作一部电报机。更早些时候,弗罗伊德 经常把大脑比作一部水力发电机,而莱布尼茨则把它比作了一台磨粉机。我还听人说,古希 腊人把大脑功能想象为一付弹弓。显然,目前要来比喻大脑的话,那只可能是一台数字电子 计 算 机 了 。 - JohnR.Searle[注 1] 神经网络介绍 (IntroductiontoNeuralNetworks ) 曾有很长一个时期,人工神经网络对我来说是完全神秘的东西。当然,有关它们我在文献 中已经读过了,我也能描述它们的结构和工作机理,但我始终没有能 “啊哈!”一声,如同 你头脑中一个难于理解的概念有幸突然得到理解时的感觉那样。我的头上好象一直有个榔头 在敲着,或者像电影AnimalHouse(中文片名为 “动物屋”)中那个在痛苦地尖叫 “先生,谢 谢您,再给我一个啊!”的可怜家伙那样。我无法把数学概念转换成实际的应用。有时我甚 至想把我读过的所有神经网络的书的作者都抓起来,把他们缚到一棵树上,大声地向他们吼 叫:“不要再给我数学了,快给我一点实际 东西吧!”。但无需说,这是永远不可能发生的事 情。我不得不自己来填补这个空隙...由此我做了在那种条件下唯一可以做的事情。我开始干 起来了。一笑 这样几个星期后,在一个美丽的日子里,当时我在苏格兰海边度假,当我越过一层薄雾凝 视着狭长的海湾时,我的头脑突然受到一个冲击。一下子悟到了人工神经网络是怎样工作的。 我得到 “啊哈!”的感觉了!但我此时身边只有一个帐篷和一个睡袋,还有半盒子的脆玉米 片,没有电脑可以让我迅速写出一些代码来证实我的直觉。Arghhhhh!这时我才想到我应该 买一台手提电脑。不管怎样,几天后我回到家了,我立刻让我的手指在键盘上飞舞起来。几 个小时后我的第一人工神经网络程序终于编成和运行了,并且工作得挺好!自然,代码写的 有点乱,需要进行整理,但它确实已能工作了,并且,更重要的是,我还知道它为什么能工 作!我可以告诉你,那天我是一位非常得意的人。 我希望本书传递给你的就是这种 “啊哈!”感觉。当我们学完遗传算法时,你可能已尝到 了一点感觉,但你希望这种感觉是美妙的话,那就要等把神经网络部分整个学完。 生物学的神经网络-大脑 (ABiologicalNeuralNetwork –TheBrain) 你的大脑是一块灰色的、像奶冻一样的东西。它并不像电脑中的CPU那样,利用单个的 处理单元来进行工作。如果你有一具新鲜地保存到福尔马林中的尸体,用一把锯子小心地将 它的头骨锯开,搬掉头盖骨后,你就能看到熟悉的脑组织皱纹。大脑的外层象一个大核桃那 样,全部都是起皱的[图0左] ,这一层组织就称皮层(Cortex)。如果你再小心地用手指把整 个大脑从头颅中端出来,再去拿一把外科医生用的手术刀,将大脑切成片,那么你将看到大 脑有两层[图0右]: 灰色的外层(这就是“灰质”一词的来源,但没有经过福尔马林固定的新 鲜大脑实际是粉红色的。) 和白色的内层。灰色层只有几毫米厚,其中紧密地压缩着几十亿 个被称作neuron (神经细胞、神经元)的微小细胞。白色层在皮层灰质的下面,占据了皮层 的大部分空间,是由神经细胞相互之间的无数连接组成。皮层象核桃一样起皱,这可以把一 个很大的表面区域塞进到一个较小的空间里。这与光滑的皮层相比能容纳更多的神经细胞。 人的大脑大约含有 1OG (即100亿)个这样的微小处理单元;一只蚂蚁的大脑大约也有 250,OOO个。 以下表1 显示了人和几种动物的神经细胞的数目。 表l 人和几种动物的神经细胞的数目 动 物 种 类 经细胞的数目(数量级) 蜗 牛 10,000 (=10^4) 蜜 蜂 100,000 (=10^5) 蜂 雀 10,000,000 (=10^7) 老 鼠 100,000,000 (=10^8) 人 类 10,000,000,000 (=10^10) 大 象 100,000,000,000 (=10^11) 图0-1 大脑半球像核桃 图0-2 大脑皮层由灰质和白质组成 图0 大脑的外形和切片形状 图1

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