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神經網路與BP演算法推導

導言

神經網路是深度學習基礎,BP演算法是神經網路訓練中最基礎的演算法。因此,對神經網路結構和BP演算法進行梳理是理解深度學習的有效方法。參考資料UFLDLBP推導,神經網路教材。

神經網路結構

典型網路為淺層網路,一般2~4層。其結構如下圖所示:
fig1 NN Structure

假設神經網路有L層,第1層為輸入層,最後一層(第L層)為輸出層,中間23L1為隱層。每層有Sl,l=1,2,......L個節點,+1節點用來表示偏置(bias);b(l)i表示第l層的+1節點與第l+1層的第i個節點連線上的權(偏置)。每一層的節點與上一層連線(不一定全連線),連線權重W(l)ij表示層l上的節點j同層l

+1的節點i之間的權重。訓練集包含K組輸入和輸出樣本,{(x1,y1),(x2,y2),,(xK,yK)}。其中(xk,yk),k=1,2,3,,K為向量組:

xk={x1,x2,,xi,,xm} yk={y1,y2,,yj,,yn}
z表示對上一層輸出的權重和彙集結果,由網路結構可以知輸入層到第一個隱層:
z(2)1z(2)2z(2)3z(2)S2=W(1)11x1+W(1)12x2++W(1)1mxm+b(1)1=W(1)21x1+W(1)22x2++W(1)2mxm+b(1)2=W

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