人工神经网络的介绍与应用

是否曾经好奇过人脑是如何运作的?在学校里,可能已经学习过相关知识。人工神经网络(ANN)的功能与人脑神经系统中的神经元相似。让开始这篇文章,快速了解ANN。

人工神经网络概述

人工神经网络(ANNs)是目前最广泛使用的机器学习技术之一。这些神经网络最初在20世纪70年代被开发出来,但由于近年来计算能力的增加,它们变得极其流行,现在几乎无处不在。神经网络为使用的每个程序提供了智能界面,让保持参与。

什么是人工神经网络?

“人工神经网络”这个术语来源于生物神经网络,它定义了人脑的结构。像人脑一样,人工神经网络在多层中拥有相互连接的神经元,这些神经元被称为节点。

人工神经网络架构

在ANN中,节点层包括输入层、一个或多个隐藏层和输出层。每个节点,或人工神经元,都有自己的权重和阈值,并与其他节点相连。当节点的输出达到某个阈值时,它会被激活,并将数据发送到网络的下一层。如果情况并非如此,则不会将数据发送到网络的下一层。

人工神经网络的工作方式

# 导入所需的Python库: from keras.models import Sequential from keras.layers import Dense, Activation import numpy as np # numpy数组用于存储输入(x)和输出(y): x = np.array([[0,0], [0,1], [1,0], [1,1]]) y = np.array([[0], [1], [1], [0]]) # 定义网络模型及其参数。 # 设置每层的神经元/节点数量: model = Sequential() model.add(Dense(2, input_shape=(2,))) model.add(Activation('sigmoid')) model.add(Dense(1)) model.add(Activation('sigmoid')) # 编译模型及其准确度计算: model.compile(loss='mean_squared_error', optimizer='sgd', metrics=['accuracy']) # 打印模型的摘要: model.summary()

一个神经元本质上是一个节点,具有多个输入和一个输出,而神经网络由许多相互连接的神经元组成。为了执行它们的工作,神经网络必须经历一个“学习阶段”,在这个阶段它们必须学会关联输入和输出信号。然后它们开始工作,接收输入数据并根据累积的数据生成输出信号。

人工神经网络的类型

  • 前馈神经网络:在前馈ANN中,信息流只有一个方向。也就是说,数据从输入层流向隐藏层,然后流向输出层。没有反馈回路。这些神经网络通常用于监督学习中的任务,如分类和图像识别。
  • 反馈神经网络:反馈回路是反馈ANN的一部分。这样的神经网络,如循环神经网络,主要用于记忆保持。这些网络最适合用于数据是顺序的或时间依赖的情况。

人工神经网络学习技术

  • 监督学习:在这种学习方法中,用户使用标记过的数据训练模型。这意味着一些数据已经被标记了正确的响应。在监督者在场的情况下进行的学习被称为监督学习。
  • 无监督学习:模型不需要监督就可以进行这种学习。它通常处理未标记的数据。用户允许模型自行对数据进行分类。它根据相似性和模式组织数据,而不需要任何先前的数据训练。
  • 强化学习:在这种情况下,输出值是未知的,但网络会提供反馈,说明它是正确还是错误。它被称为“半监督学习”。
  • 语音识别:语音识别严重依赖于人工神经网络(ANN)。早期的语音识别模型使用了统计模型,如隐马尔可夫模型。随着深度学习的出现,各种类型的神经网络已成为获得精确分类的唯一方式。
  • 手写字符识别:ANNs用于识别手写字符。手写字符可以是字母或数字的形式,神经网络已经被训练来识别它们。
  • 签名分类:在开发这些认证系统时,使用人工神经网络来识别签名并根据人的类别对它们进行分类。此外,神经网络还可以确定签名是否真实。
  • 医疗:它可以用来检测癌细胞并分析MRI图片以提供详细的结果。
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