如何直觀地解釋back propagation演算法?陳Tig2017-12-07 21:59:06

這個推導可以參考neuralnetworkanddeeplearning。com,上面的過程很詳細,甚至有些囉嗦;要注意使用不同誤差評估函式,公式的不同,交叉熵可能更方便些,加入正則化因子也是常用手段;如果最後輸出使用softmax,也需注意誤差的反向傳播和一般的sigmoid的不同;另外訓練是一個極其耗時的工作,如果自己實現還是需考慮並行或分散式,當然如果只是練練手就簡單點。

如何直觀地解釋back propagation演算法?零財經2017-11-30 19:57:58

你這問題估計全文能回答的都屈指可數,後期我會將其不全參考原理!

反向傳播法其實是神經網路的基礎了,但是很多人在學的時候總是會遇到一些問題,或者看到大篇的公式覺得好像很難就退縮了,其實不難,就是一個鏈式求導法則反覆用。如果不想看公式,可以直接把數值帶進去,實際的計算一下,體會一下這個過程之後再來推導公式,這樣就會覺得很容易了。

說到神經網路,大家看到這個圖應該不陌生:

如何直觀地解釋back propagation演算法?

這是典型的三層神經網路的基本構成,Layer L1是輸入層,Layer L2是隱含層,Layer L3是隱含層,我們現在手裡有一堆資料{x1,x2,x3,。。。,xn},輸出也是一堆資料{y1,y2,y3,。。。,yn},現在要他們在隱含層做某種變換,讓你把資料灌進去後得到你期望的輸出。如果你希望你的輸出和原始輸入一樣,那麼就是最常見的自編碼模型(Auto-Encoder)。可能有人會問,為什麼要輸入輸出都一樣呢?有什麼用啊?其實應用挺廣的,在影象識別,文字分類等等都會用到,我會專門再寫一篇Auto-Encoder的文章來說明,包括一些變種之類的。如果你的輸出和原始輸入不一樣,那麼就是很常見的人工神經網路了,相當於讓原始資料透過一個對映來得到我們想要的輸出資料,也就是我們今天要講的話題。

本文直接舉一個例子,帶入數值演示反向傳播法的過程,公式的推導等到下次寫Auto-Encoder的時候再寫,其實也很簡單,感興趣的同學可以自己推導下試試:)

假設,你有這樣一個網路層:

如何直觀地解釋back propagation演算法?

第一層是輸入層,包含兩個神經元i1,i2,和截距項b1;第二層是隱含層,包含兩個神經元h1,h2和截距項b2,第三層是輸出o1,o2,每條線上標的wi是層與層之間連線的權重,啟用函式我們預設為sigmoid函式。

現在對他們賦上初值,如下圖:

如何直觀地解釋back propagation演算法?

其中,輸入資料 i1=0。05,i2=0。10;

輸出資料 o1=0。01,o2=0。99;

初始權重 w1=0。15,w2=0。20,w3=0。25,w4=0。30;

w5=0。40,w6=0。45,w7=0。50,w8=0。55

目標:給出輸入資料i1,i2(0。05和0。10),使輸出儘可能與原始輸出o1,o2(0。01和0。99)接近。

Step 1 前向傳播

1。輸入層——>隱含層:

計算神經元h1的輸入加權和:

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神經元h1的輸出o1:(此處用到啟用函式為sigmoid函式):

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同理,可計算出神經元h2的輸出o2:

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2。隱含層——>輸出層:

計算輸出層神經元o1和o2的值:

如何直觀地解釋back propagation演算法?

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這樣前向傳播的過程就結束了,我們得到輸出值為[0。75136079 , 0。772928465],與實際值[0。01 , 0。99]相差還很遠,現在我們對誤差進行反向傳播,更新權值,重新計算輸出。

Step 2 反向傳播

1。計算總誤差

總誤差:(square error)

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但是有兩個輸出,所以分別計算o1和o2的誤差,總誤差為兩者之和:

如何直觀地解釋back propagation演算法?

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2。隱含層——>輸出層的權值更新:

以權重引數w5為例,如果我們想知道w5對整體誤差產生了多少影響,可以用整體誤差對w5求偏導求出:(鏈式法則)

如何直觀地解釋back propagation演算法?

下面的圖可以更直觀的看清楚誤差是怎樣反向傳播的:

如何直觀地解釋back propagation演算法?

現在我們來分別計算每個式子的值:

如何直觀地解釋back propagation演算法?

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回過頭來再看看上面的公式,我們發現:

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為了表達方便,用

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來表示輸出層的誤差:

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因此,整體誤差E(total)對w5的偏導公式可以寫成:

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如果輸出層誤差計為負的話,也可以寫成:

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最後我們來更新w5的值:

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同理,可更新w6,w7,w8:

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3。隱含層——>隱含層的權值更新:

方法其實與上面說的差不多,但是有個地方需要變一下,在上文計算總誤差對w5的偏導時,是從out(o1)——>net(o1)——>w5,但是在隱含層之間的權值更新時,是out(h1)——>net(h1)——>w1,而out(h1)會接受E(o1)和E(o2)兩個地方傳來的誤差,所以這個地方兩個都要計算。

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同理,計算出:

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兩者相加得到總值:

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最後,三者相乘:

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為了簡化公式,用sigma(h1)表示隱含層單元h1的誤差:

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最後,更新w1的權值:

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同理,額可更新w2,w3,w4的權值:

如何直觀地解釋back propagation演算法?

這樣誤差反向傳播法就完成了,最後我們再把更新的權值重新計算,不停地迭代,在這個例子中第一次迭代之後,總誤差E(total)由0。298371109下降至0。291027924。迭代10000次後,總誤差為0。000035085,輸出為[0。015912196,0。984065734](原輸入為[0。01,0。99]),證明效果還是不錯的。

裡面涉及:鏈式求導與梯度下降法,自己百度把

原理很多,案例很少,相信你基礎也不咋樣,少年加油把!

編輯:小黑

如何直觀地解釋back propagation演算法?simxpert2017-12-01 07:53:38

back propagation就是普通的神經網路添加了一個反饋環節。

學過控制的人都知道,閉環控制都會有一個反饋環節,就是把實際輸出值與期望輸出值之間的差值,作為輸入重新調節期望的輸出,使之儘快達到期望值。

這裡新增的反饋環節,與控制裡面的反饋,在功能上有類似之處。