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第八章人工神经网络吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室 张锐
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8.1 神经网络的基本概念及组成特性
8.1.1 生物神经元的结构与功能特性
从广义上讲，神经网络通常包括生物神经网络与人工神经网络两个方面。生物神经网络是指由动物的中枢神经系统及周围神经系统所构成的错综复杂的神经网络，它负责对动物肌体各种活动的管理，其中最重要的是脑神经系统。
人工神经网络是指模拟人脑神经系统的结构和功能，运用大量的软、硬件处理单元，经广泛并行互连，由人工方式建立起来的网络系统。
生物神经元就通常说的神经细胞，是构成生
物神经系统的最基本单元，简称神经元。
神经元主要由三个部分构成，包括细胞体、
轴突和树突，其基本结构如图所示。
1. 生物神经元的结构
生物神经元结构
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从生物控制论的观点来看，作为控制和信息处理基本单元的神经元，具有下列一些功能与特性。
2. 神经元的功能特性
（1）时空整合功能
神经元对于不同时间通过同一突触传入的信息，具有时间整合功能；对于同一时间通过不同突触传入的信息，具有空间整合功能。两种功能相互结合，使生物神经元具有时空整合的输入信息处理功能。
（2）神经元的动态极化性
尽管不同的神经元在形状及功能上都有明显的不同，但大多数神经元都是以预知的确定方向进行信息流动的。
（3）兴奋与抑制状态
神经元具有两种常规工作状态，即兴奋状态与抑制状态。
（4）结构的可塑性
突触传递信息的特性是可变的，随着神经冲动传递方式的变化，其传递作用可强可弱，所以神经元之间的连接是柔性的，这称为结构的可塑性。
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（5）脉冲与电位信号的转换
突触界面具有脉冲与电位信号的转换功能。
（6）突触延期和不应期
突触对信息的传递具有时延和不应期，在相邻的两次输入之间需要一定的时间间隔，在此期间，不影响激励，不传递信息，这称为不应期。
（7）学习、遗忘和疲劳
由于结构可塑性，突触的传递作用有增强、减弱和饱和，所以，神经细胞也具有相应的学习、遗忘或疲劳效应（饱和效应）。
8.1.2 人工神经网络的组成与结构
人工神经网络（Artificial Neural Nets, ANN)是由大量处理单元经广泛互连而组成的人工网络，用来模拟脑神经系统的结构和功能。这些处理单元称作人工神经元。人工神经网络可以看成是以人工神经元为节点，用有向加权弧连接起来的有向图。在有向图中，人工神经元就是对生物神经元的模拟，有向弧则是轴突－突触－树突对的模拟，有向弧的权值表示相互连接的两个人工神经元间相互作用的强弱。
1. 人工神经网络组成
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如图所示为人工神经网络组成略图。
它由多个人工神经元相互连接组成。
图中，圆表示神经元的细胞体；x
表示该神经元的外部输入；w为该
神经元分别与各输入间的连接强
度，称为连接权值。
对ANN中的某个人工神经元来说，来自其他神经元的输入乘以权值，然后相加。把所有总和与阈值电平比较，当总和高于阈值电平时，其输出为1；否则，输出为0。
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对于人工神经网络系统中的每个神经元来说，它可以接受一组来自系统中其他神经元的输入信号，每个输入对应一个权，所有输入的加权和决定该神经元的激活状态。这里，每个权就相当于突触的“连接强度”。
2. 人工神经元的工作过程
对于某个神经元来说，假设来自其他神经元i的信息为x i ，它们与本神经元的互相作用强度即连接权值为w i ，i=0,1,…,n-1，神经元的内部阈值为θ。
那么本神经元的输入为：∑?=10n i i
i x w )(1
0∑?=?=n i i i x w f y θ神经元的输出为：
式中，x i 为第i个元素的输入，w i 为第i个神经元与本神经元的互联权重。f称为激发函数或作用函数，它决定神经元的输出。
神经元的输出为1或0取决于其输入之和大于或小于内部阈值θ。
令，称为激活值。
∑?=?=1
0n i i i x w θσ吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室 张锐
《神经网络原理》 一、填空题 1、从系统的观点讲，人工神经元网络是由大量神经元通过极其丰富和完善的连接而构成的自适应、非线性、动力学系统。 2、神经网络的基本特性有拓扑性、学习性和稳定收敛性。 3、神经网络按结构可分为前馈网络和反馈网络，按性能可分为离散型和连续型，按学习方式可分为有导师和无导师。 4、神经网络研究的发展大致经过了四个阶段。 5、网络稳定性指从t=0时刻初态开始，到t时刻后v(t+△t)=v(t)，(t>0)，称网络稳定。 6、联想的形式有两种，它们分是自联想和异联想。 7、存储容量指网络稳定点的个数，提高存储容量的途径一是改进网络的拓扑结构，二是改进学习方法。 8、非稳定吸引子有两种状态，一是有限环状态，二是混沌状态。 9、神经元分兴奋性神经元和抑制性神经元。 10、汉明距离指两个向量中对应元素不同的个数。 二、简答题 1、人工神经元网络的特点？ 答：（1）、信息分布存储和容错性。 （2）、大规模并行协同处理。 （3）、自学习、自组织和自适应。 （4）、人工神经元网络是大量的神经元的集体行为，表现为复杂
的非线性动力学特性。 （5）人式神经元网络具有不适合高精度计算、学习算法和网络设计没有统一标准等局限性。 2、单个神经元的动作特征有哪些？ 答：单个神经元的动作特征有：（1）、空间相加性；（2）、时间相加性；（3）、阈值作用；（4）、不应期；（5）、可塑性；（6）疲劳。 3、怎样描述动力学系统？ 答：对于离散时间系统，用一组一阶差分方程来描述： X(t+1)=F[X(t)]； 对于连续时间系统，用一阶微分方程来描述： dU(t)/dt=F[U(t)]。 4、F(x)与x 的关系如下图，试述它们分别有几个平衡状态，是否为稳定的平衡状态？ 答：在图（1）中，有两个平衡状态a 、b ，其中，在a 点曲线斜率|F ’(X)|>1，为非稳定平稳状态；在b 点曲线斜率|F ’(X)|<1，为稳定平稳状态。 在图（2）中，有一个平稳状态a ，且在该点曲线斜率|F ’(X)|>1，为非稳定平稳状态。
计算机科学与技术概论结业作业 人工智能技术简介及发展趋势 院系：信息科学与技术学院计算机科学与技术系 姓名：尹颜朋 学号：2011508009
前言 人工智能（Artificial Intelligence）, 英文缩写为 AI, 是一门综合了计算机科学、生理学、哲学的交叉学科。人工智能的研究课题涵盖面很广，从机器视觉到专家系统，包括了许多不同的领域。这其中共同的基本特点是让机器学会“思考” 。为了区分机器是否会“思考”（thinking），有必要给出“智能”（intelligence）的定义。究竟“会思考”到什么程度才叫智能？比方说，解决复杂的问题，还是能够进行概括和发现关联? 还有什么是“知觉”（perception），什么是“理解”（comprehension）等等？对学习过程、语言和感官知觉的研究为科学家构建智能机器提供了帮助。现在，人工智能专家们面临的最大挑战之一是如何构造一个系统，可以模仿由上百亿个神经元组成的人脑的行为, 去思考宇宙中最复杂的问题。或许衡量机器智能程度的最好的标准是英国计算机科学家阿伦·图灵的试验。他认为，如果一台计算机能骗过人，使人相信它是人而不是机器，那么它就应当被称作有智能。 人工智能从诞生发展到今天经历了一条漫长的路，许多科研人员为此而不懈努力。人工智能的开始可以追溯到电子学出现以前。象布尔和其他一些哲学家和数学家建立的理论原则后来成为人工智能逻辑学的基础。而人工智能真正引起研究者的兴趣则是1943年计算机发明以后的事。技术的发展最终使得人们可以仿真人类的智能行为，至少看起来不太遥远。接下来的四十年里，尽管碰到许多阻碍，人工智能仍然从最初只有十几个研究者成长到现在数以千计的工程师和专家在研究；从一开始只有一些下棋的小程序到现在的用于疾病诊断的专家系统，人工智能的发展有目共睹。 人工智能始终处于计算机发展的最前沿。高级计算机语言、计算机界面及文字处理器的存在或多或少都得归功于人工智能的研究。人工智能研究带来的理论和洞察力指引了计算技术发展的未来方向。现有的人工智能产品相对于即将到来的人工智能应用可以说微不足道，但是它们预示着人工智能的未来。对人工智能更高层次的需求已经并会继续影响我们的工作、学习和生活。 第一章人工智能的产生 人工智能, 英文单词 artilect,来源于雨果·德·加里斯的著作
《神经网络原理》 、填空题 1、从系统的观点讲，人工神经元网络是由大量神经元通过极其丰富和完善的连接而构成的自适应、非线性、动力学系统。 2、神经网络的基本特性有拓扑性、学习性和稳定收敛性。 3、神经网络按结构可分为前馈网络和反馈网络，按性能可分为 离散型和连续型，按学习方式可分为有导师和无导师。 4、神经网络研究的发展大致经过了四个阶段。 5、网络稳定性指从t=0时刻初态开始，到t时刻后v(t+ △)=▼(◎，(t>0)，称网络稳定。 6、联想的形式有两种，它们分是自联想和异联想。 7、存储容量指网络稳定点的个数，提高存储容量的途径一是改—进网络的拓扑结构，二是改进学习方法。 8、非稳定吸引子有两种状态，一是有限环状态，二是混沌状态。 9、神经元分兴奋性神经元和抑制性神经元。 10、汉明距离指两个向量中对应元素不同的个数。 二、简答题 1、人工神经元网络的特点？ 答：(1 )、信息分布存储和容错性。 (2 )、大规模并行协同处理。 (3)、自学习、自组织和自适应。
(4)、人工神经元网络是大量的神经元的集体行为，表现为复杂
的非线性动力学特性。 (5)人式神经元网络具有不适合高精度计算、学习算法和网络 设计没有统一标准等局限性。 2、单个神经元的动作特征有哪些？ 答：单个神经元的动作特征有：(1 )、空间相加性；(2 )、时间相加性；(3)、阈值作用；(4 )、不应期；(5 )、可塑性；(6)疲劳。 3、怎样描述动力学系统？ 答：对于离散时间系统，用一组一阶差分方程来描述： X(t+1)=F[X(t)]； 对于连续时间系统，用一阶微分方程来描述： dU(t)/dt=F[U(t)]。 4、F(x)与x的关系如下图，试述它们分别有几个平衡状态，是 否为稳定的平衡状态? 答：在图(1、中，有两个平衡状态a、b，其中，在a点曲线斜率|F' (X)|>1 ,为非稳定平稳状态；在b点曲线斜率|F' (X)|<1 ,为稳定平稳状态。 在图(2、中，有一个平稳状态a，且在该点曲线斜率|F' (X)|>1 ，为非稳定平稳状态。
《人工智能理论与应用》课程简介 课程编号：A0940111 课程名称：人工智能理论与应用 学分/学时：3/48 先修课程：《数据结构》、《离散数学》和《高级程序设计语言》 适用专业：计算机科学与技术 课程性质：限选 考核方式：考查 考核形式：大作业、实验评估 建议教材：人工智能教程，王士同主编，电子工业出版社，2006年2月第2版 内容简介：（200字以内）（黑体五号） 1、人工智能研究的发展和基本原则：人工智能的研究和应用；人工智能研究的发展；人工智能研究的成果；人工智能研究的基本原则；存在的问题和发展前景 2、一般图搜索：回溯策略、图搜索策略、无信息搜索过程、启发式图搜索过程、搜索算法讨论。 3、与或图搜索问题：与或图的搜索、与或图的启发式搜索算法AO*、博弈树的搜索。 4、谓词逻辑与归结原理：命题逻辑、谓词逻辑基础、谓词逻辑归结原理、HERBRAND定理。 5、知识表示：知识、知识表示、知识观、产生式表示方法、语义网络表示、框架表示以及其他表示方法。 6、不确定性推理方法：不确定性推理的基本问题、贝叶斯网络、主观贝叶斯方法、确定性方法、证据理论。 7、机器学习：机器学习概论、实例学习、基于解释的学习、决策树学习、神经网络学习、知识发现与数据挖掘。 8、高级搜索：基本概念、局部搜索算法、模拟退火算法、遗传算法等。
人工智能理论与应用 Artificial Intelligence Theory and Application 课程编号：A0940111 学分：3 学时：48 学时（讲课学时：32 实验学时：16） 先修课程：《数据结构》、《离散数学》和《高级程序设计语言》 适用专业：计算机科学与技术 建议教材：人工智能教程，王士同主编，电子工业出版社，2006年2月第2版 主要参考书： （1）高等学校规划教材:人工智能原理及其应用电子工业出版社王万森 2012 （2）人工智能及其应用(第4版) 蔡自兴、徐光祐清华大学出版社 2010 开课学院：计算机科学与工程学院 修订日期：2015年4月 一、课程说明（黑体五号） 人工智能是一门综合性前沿学科，是计算机学科的重要分支。通过对人工智能课程的学习，使学生掌握人工智能技术的基本原理；了解启发式搜索策略、与或图搜索问题、谓词逻辑与归结原理、知识表示、不确定性推理方法、机器学习和知识发现等目前人工智能的主要研究领域的原理、方法和技术；增强学生的逻辑思维与实验能力，为今后在各自领域开拓高水平的人工智能技术应用奠定基础。 二、课程目标（黑体五号）（需对应于本专业2014级培养方案中的毕业要求进行细化分解） 根据课程在知识结构中的作用，教学要求分为掌握、熟悉、了解、选学四个层次，具体要求如下。 1．掌握部分:一般图搜索（回溯策略、图搜索策略、无信息搜索过程、启发式图搜索过程）；与或图搜索问题包括与或图的启发式搜索算法AO*、博弈树的搜索；谓词逻辑与归结原理（谓词逻辑归结原理、HERBRAND定理）；知识表示（产生式表示方法、语义网络表示、框架表示）；不确定性推理方法（不确定性推理的基本问题、贝叶斯网络、主观贝叶斯方法、确定性方法）(对应毕业要求中的、、 2．熟悉部分： 不确定性推理方法之证据理论；机器学习（机器学习概论、实例学习、基于解释的学习、决策树学习、神经网络学习）。(对应毕业要求中的、
《神经网络》讲稿 主讲人：谷立臣教授 2003年9月
第1章基本概念 ?作为自然实例的人脑 ?人工神经元模型 ●人工神经网络的拓扑结构及其学习规则?神经网络的学习策略 ?人工神经网络与生物神经网络的比较?人工神经网络的发展与现状 ?人工神经网络与自动控制 ?人工神经网络与设备故障诊断 ?参考文献
?脑神经生理学家告诉我们:人脑借以记忆与思维的最基本单元是神经元,其数量 约为个; ?每一神经元约有个突触; ?神经元间通过突触形成的网络，传递着彼此间的兴奋与抑制；全部大脑神经元构成拓扑上极其复杂的网络群体，由这一网络群体实现记忆与思维。见图1－1。 111210~103410~10
每一个神经元包括细胞体（Cell body或Soma）和突起（Process）两部分。 ◆细胞体是神经元新陈代谢的中心，还是接收与处理信息的部件 ◆突起有两类，即轴突(Axon)与树突(Dendrite)。轴突的长度相差很大，长的可达1米。轴突的末端与树突进行信号传递的界面称为突触(synapse)，通过突触向其他神经元发送出生物信息，在轴突中电脉冲的传导速度可达到10～100米／秒。另一类突起——树突（输入），一般较短，但分枝很多，它能接收来自其他神经元的生物电信号，从而与轴突一起实现神经元之间的信息沟通。突起的作用是传递信息。 ◆通过“轴突---突触――树突”这样的路径，某一神经元就有可能和数百个以至更多的神经元沟通信息。那些具有很长轴突的神经元，更可将信息从一脑区传送到另一脑区。
?绝大多数神经元不论其体积﹑形状﹑功能如何，不论是记忆神经元还是运动神经元，均可分为一个输入（或感知）器官，一个代数求和器官，一个长距离传递器官和一个输出器官。见图1－2。 ?既然所有神经元的功能均是相近的，那么何以实现复杂的功能呢？答案是：无一功能是由单个神经元实现的，而是由许多神经元以不同的拓扑结构所共同产生的。这一平行处理性提高了神经网路系统的冗余度与可靠性。
正确答案：A、B 你选对了 Quizzes for Chapter 1 1 单选(1 分)图灵测试旨在给予哪一种令人满意的操作定义得分/ 5 多选(1 分)选择下列计算机系统中属于人工智能的实例得分/总分总分 A. Web搜索引擎 A. 人类思考 B.超市条形码扫描器 B. 人工智能 C.声控电话菜单该题无法得分/1.00 C.机器智能 1.00/1.00 D.智能个人助理该题无法得分/1.00 正确答案：A、D 你错选为C、D D.机器动作 正确答案： C 你选对了 6 多选(1 分)选择下列哪些是人工智能的研究领域 得分/总分 2 多选(1 分)选择以下关于人工智能概念的正确表述得分/总分 A.人脸识别0.33/1.00 A. 人工智能旨在创造智能机器该题无法得分/1.00 B.专家系统0.33/1.00 B. 人工智能是研究和构建在给定环境下表现良好的 智能体程序该题无法得分/1.00 C.图像理解 C.人工智能将其定义为人类智能体的研究该题无法 D.分布式计算 得分/1.00 正确答案：A、B、C 你错选为A、B D.人工智能是为了开发一类计算机使之能够完成通7 多选(1 分)考察人工智能(AI) 的一些应用，去发现目前下列哪些 任务可以通过AI 来解决得分/总分 常由人类所能做的事该题无法得分/1.00 正确答案：A、B、D 你错选为A、B、C、D A.以竞技水平玩德州扑克游戏0.33/1.00 3 多选(1 分)如下学科哪些是人工智能的基础？得分/总分 B.打一场像样的乒乓球比赛 A. 经济学0.25/1.00 C.在Web 上购买一周的食品杂货0.33/1.00 B. 哲学0.25/1.00 D.在市场上购买一周的食品杂货 C.心理学0.25/1.00 正确答案：A、B、C 你错选为A、C D.数学0.25/1.00 8 填空(1 分)理性指的是一个系统的属性，即在_________的环境下正确答案：A、B、C、D 你选对了做正确的事。得分/总分 正确答案：已知 4 多选(1 分)下列陈述中哪些是描述强AI (通用AI )的正确答案？得 1 单选(1 分)图灵测试旨在给予哪一种令人满意的操作定义得分/ 分/总分 总分 A. 指的是一种机器，具有将智能应用于任何问题的 A.人类思考 能力0.50/1.00 B.人工智能 B. 是经过适当编程的具有正确输入和输出的计算 机，因此有与人类同样判断力的头脑0.50/1.00 C.机器智能 1.00/1.00 C.指的是一种机器，仅针对一个具体问题 D.机器动作
人工神经网络及其应用实例人工神经网络是在现代神经科学研究成果基础上提出的一种抽 象数学模型，它以某种简化、抽象和模拟的方式，反映了大脑功能的 若干基本特征，但并非其逼真的描写。 人工神经网络可概括定义为：由大量简单元件广泛互连而成的复 杂网络系统。所谓简单元件，即人工神经元，是指它可用电子元件、 光学元件等模拟，仅起简单的输入输出变换y = σ (x)的作用。下图是 3 中常用的元件类型： 线性元件：y = 0.3x，可用线性代数法分析，但是功能有限，现在已不太常用。 2 1.5 1 0.5 -0.5 -1 -1.5 -2 -6 -4 -2 0 2 4 6 连续型非线性元件：y = tanh(x)，便于解析性计算及器件模拟，是当前研究的主要元件之一。
离散型非线性元件： y = ? 2 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2 -6 -4 -2 2 4 6 ?1, x ≥ 0 ?-1, x < 0 ，便于理论分析及阈值逻辑器件 实现，也是当前研究的主要元件之一。 2 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2 -6 -4 -2 2 4 6
每一神经元有许多输入、输出键，各神经元之间以连接键（又称 突触）相连，它决定神经元之间的连接强度（突触强度）和性质（兴 奋或抑制），即决定神经元间相互作用的强弱和正负，共有三种类型： 兴奋型连接、抑制型连接、无连接。这样，N个神经元（一般N很大）构成一个相互影响的复杂网络系统，通过调整网络参数，可使人工神 经网络具有所需要的特定功能，即学习、训练或自组织过程。一个简 单的人工神经网络结构图如下所示： 上图中，左侧为输入层（输入层的神经元个数由输入的维度决定），右侧为输出层（输出层的神经元个数由输出的维度决定），输入层与 输出层之间即为隐层。 输入层节点上的神经元接收外部环境的输入模式，并由它传递给 相连隐层上的各个神经元。隐层是神经元网络的内部处理层，这些神 经元在网络内部构成中间层，不直接与外部输入、输出打交道。人工 神经网络所具有的模式变换能力主要体现在隐层的神经元上。输出层 用于产生神经网络的输出模式。 多层神经网络结构中有代表性的有前向网络（BP网络）模型、
人工智能各学派简介目前人工智能的主要学派有下面三家： (1) 符号主义(symbolicism) ，又称为逻辑主义(logicism) 、心理学派(psychologism) 或计算机学派(computerism),其原理主要为物理符号系统(即符号操作系统)假设和有限合理性原理。 (2) 连接主义(connectionism) ，又称为仿生学派(bionicsism) 或生理 学派(physiologism),其主要原理为神经网络及神经网络间的连接机制与学习算法。 (3) 行为主义(actionism) ，又称为进化主义(evolutionism) 或控制论 学派(cyberneticsism),其原理为控制论及感知-动作型控制系统。 他们对人工智能发展历史具有不同的看法。 1、符号主义 认为人工智能源于数理逻辑。数理逻辑从19 世纪末起得以迅速发展,到20 世纪30 年代开始用于描述智能行为。 计算机出现后, 又在计算机上实现了逻辑演绎系统。其有代表性的成果为启发式程序LT 逻辑理论家,证明了38 条数学定理,表明了可以应用计算机研究人的思维,模拟人类智能活动。 正是这些符号主义者,早在1956 年首先采用“人工智能”这个术语。后来又发展了启发式算法-＞专家系统-＞知识工程理论与技术, 并在20世纪80年代取得 很大发展。 符号主义曾长期一枝独秀, 为人工智能的发展做出重要贡献, 尤其是专家系统的成功开发与应用, 为人工智能走向工程应用和实现理论联系实际具有特别重要的意义。 在人工智能的其他学派出现之后, 符号主义仍然是人工智能的主流派别。这个学派的代表人物有纽厄尔(Newell)、西蒙(Simon)和尼尔逊(Nilsson)等。 2、连接主义认为人工智能源于仿生学,特别是对人脑模型的研究。 它的代表性成果是1943年由生理学家麦卡洛克(McCulloch)和数理逻辑学家皮茨(Pitts)创立的脑模型，即MP模型，开创了用电子装置模仿人脑结构和功能的新途
第一章前向神经网络 一、感知器 1、感知器网络结构 设网络输入模式向量为： 对应的输出为： 连接权向量为： 2、感知器的学习 ?初始化 连接权向量及输出单元的阈值赋予(-1，+1)区间内的随机值，一般为较小的随机非零值。 ?连接权的修正 每个输入模式作如下计算： （a）计算网络输出： （b）计算输出层单元希望输出与实际输出y之间的误差： （c）修正各单元与输出层之间的连接权与阈值：
?对m个输入模式重复步骤，直到误差k d(k＝1，2，…，m)趋于零或小于预先给定的误差限ε。 3、感知器的图形解释 ?整个学习和记忆过程，就是根据实际输出与希望输出之间的误差调整参数w 和θ，即调整截割平面的空间位置使之不断移动，直到它能将两类模式恰当划分的过程。 ?学习过程可看作是由式 决定的n维超平面不断向正确划分输入模式的位置移动的过程。 4、感知器的局限性 ?两层感知器只能解决线性可分问题 ?增强分类能力的唯一出路是采用多层网络，即在输入及输出层之间加上隐层构成多层前馈网络。 ?Kolmogorov理论经过严格的数学证明：双隐层感知器足以解决任何复杂的分类问题。 ?简单的感知器学习过程已不能用于多层感知器，必须改进学习过程。
二、BP 神经网络 1、反向传播神经网络 1) 误差逆传播神经网络是一种具有三层或三层以上的阶层型神经网络： ? 上、下层之间各神经元实现全连接，即下层的每一个单元与上层的每个单元 都实现权连接； ? 而每层各神经元之间无连接； ? 网络按有监督的方式进行学习。 2) ? 当一对学习模式提供给网络后，神经元的激活值，从输入层经各中间层向输 出层传播，在输出层的各神经元获得网络的输入响应。 ? 在这之后，按减小希望输出与实际输出误差的方向，从输出层经各中间层逐 层修正各连接权，最后回到输入层，故得名“误差逆传播算法”。 ? 随着这种误差逆传播修正的不断进行，网络对输入模式响应的正确率也不断 上升。 2、梯度下降法 1）梯度法是一种对某个准则函数的迭代寻优算法。设J(a)是准则函数，a 为一向量,()k J a 是()k J a 在点k a 的梯度，为一向量，其方向是J(a )增长最快的方向；负梯度方向．则是J(a )减少最快的方向。沿负梯度方向走，可最快地达到最小点。梯度下降法是求函数极小值的选代算法。 2）一般迭代算法： 可表示为：
人工智能各学派简介 目前人工智能的主要学派有下面三家： (1)符号主义(symbolicism)，又称为逻辑主义(logicism)、心理学派(psychologism) 或计算机学派(computerism)，其原理主要为物理符号系统(即符号操作系统)假设和有限合理性原理。 (2)连接主义(connectionism)，又称为仿生学派(bionicsism)或生理学派 (physiologism)，其主要原理为神经网络及神经网络间的连接机制与学习算法。 (3)行为主义(actionism)，又称为进化主义(evolutionism)或控制论学派 (cyberneticsism)，其原理为控制论及感知-动作型控制系统。 他们对人工智能发展历史具有不同的看法。 1、符号主义 认为人工智能源于数理逻辑。数理逻辑从19世纪末起得以迅速发展，到20世纪30年代开始用于描述智能行为。 计算机出现后，又在计算机上实现了逻辑演绎系统。其有代表性的成果为启发式程序LT逻辑理论家，证明了38条数学定理，表明了可以应用计算机研究人的思维，模拟人类智能活动。 正是这些符号主义者，早在1956年首先采用“人工智能”这个术语。后来又发展了启发式算法->专家系统->知识工程理论与技术，并在20世纪80年代取得很大发展。 符号主义曾长期一枝独秀，为人工智能的发展做出重要贡献，尤其是专家系统的成功开发与应用，为人工智能走向工程应用和实现理论联系实际具有特别重要的意义。 在人工智能的其他学派出现之后，符号主义仍然是人工智能的主流派别。这个学派的代表人物有纽厄尔(Newell)、西蒙(Simon)和尼尔逊(Nilsson)等。 2、连接主义 认为人工智能源于仿生学，特别是对人脑模型的研究。
人工智能的原理及应用 摘要 人工智能(Artificial Intelligence，AI)一直都处于计算机技术的最前沿，经历了几起几落……长久以来，人工智能对于普通人来说是那样的可望而不可及，然而它却吸引了无数研究人员为之奉献才智，从美国的麻省理工学院(MIT)、卡内基-梅隆大学(CMU)到IBM公司，再到日本的本田公司、SONY公司以及国内的清华大学、中科院等科研院所，全世界的实验室都在进行着AI技术的实验。不久前，著名导演斯蒂文斯皮尔伯格还将这一主题搬上了银幕，科幻片《人工智能》(A.I.)对许多人的头脑又一次产生了震动，引起了一些人士了解并探索人工智能领域的兴趣。 关键词 人工智能；专家系统；模式识别 ABSTRACT AI (Artificial Intelligence, AI) has been at the forefront of computer technology, has experienced severa l ups and downs several…… a long time, the ordinary people of artificial intelligence is so elusive, but it has attracted countless It dedicated intelligence researchers, from the U.S. Massachusetts Institute of Technology (MIT), Carnegie - Mellon University (CMU) to IBM, and then to Japan's Honda, SONY, as well as domestic companies of QingHua University, China Branch Hospitals and other research institutes, laboratories around the world are carrying out the AI technology experiments. Not long ago, the fam ous director Steven Spielberg will be the subject ? onto the screen, sci-fi film "artificial intelligence" (AI) on many people's minds once again produced a shock, caused some people to understand and explore Interest in the field of artificial intelligence. Key words Artificial Intelligence(AI); Expert System ; Pattern Recognition 引言 人工智能的发展已达到很高水平，电子计算机将更接近大脑的功能了，虽然计算机解决问题的能力从技术角度看目前还有很大局限性，计算机万能论者的理论依据也是有问题的。计算机暂时不能代替人我相信他预见的会成为现实，目前也有了很多技术突破,这就是人类-机器的结合体，他预见这是人类进化史上的一个飞跃。在这样一个结合体形式下，肯定超出目前的人的智能和人工智能，这个结合体中，人类的大脑将植入能和机器直接沟通的芯片，这个芯片是人机的桥梁，而人类-机器结合体将发挥出人与机器的各自优势。 1.介绍什么是人工智能 由于人工智能是一个边缘学科，是哲学、数学、电子工程、计算机科学、心理学等众多学科的混血儿。它的研究队伍由未自不同领域的学者组成，各自从事着自己感兴趣的工作，他们对人工智能是什么有不同的认识。所以，要想在他们之间找出一个什么是人工智能的共同的看法还是有一定的困难的。 如果仅从技术的角度来看，人工智能要解决的问题是如何使电脑表现智能化，使电脑能支灵活方效地为人类服务。只要电脑能够表现出与人类相似的智能行为、就算是达到了目的，而不在乎在这过程中电脑是依靠某种算法还是真正理解了：这样，人工智能就是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的—个分支，人工智能的目标就是研究怎样用电脑来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开发相关的技术产品，建立有关的理论。 除了上述的观点以外，人工智能领域中的心理学家、语言学家倾向于将重点放在用电脑去再现人脑思维的内部状态上．也就是要使电脑程产真正理解它所他的事情，就好保人脑一样去“思考问题”。
人工神经网络 人工神经网络（Artificial Neural Networks, ANN），一种模仿动物神经网络行为特征，进行分布式并行信息处理的算法数学模型。这种网络依靠系统的复杂程度，通过调整内部大量节点之间相互连接的关系，从而达到处理信息的目的。人工神经网络具有自学习和自适应的能力，可以通过预先提供的一批相互对应的输入－输出数据，分析掌握两者之间潜在的规律，最终根据这些规律，用新的输入数据来推算输出结果，这种学习分析的过程被称为“训练”。（引自《环球科学》2007年第一期《神经语言：老鼠胡须下的秘密》） 概念 由大量处理单元互联组成的非线性、自适应信息处理系统。它是在现代神经科学研究成果的基础上提出的，试图通过模拟大脑神经网络处理、记忆信息的方式进行信息处理。 人工神经网络具有四个基本特征： （1）非线性非线性关系是自然界的普遍特性。大脑的智慧就是一种非线性现象。人工神经元处于激活或抑制二种不同的状态，这种行为在数学上表现为一种非线性关系。具有阈值的神经元构成的网络具有更好的性能，可以提高容错性和存储容量。 （2）非局限性一个神经网络通常由多个神经元广泛连接而成。一个系统的整体行为不仅取决于单个神经元的特征，而且可能主要由单元之间的相互作用、相互连接所决定。通过单元之间的大量连接模拟大脑的非局限性。联想记忆是非局限性的典型例子。 （3）非常定性人工神经网络具有自适应、自组织、自学习能力。神经网络不但处理的信息可以有各种变化，而且在处理信息的同时，非线性动力系统本身也在不断变化。经常采用迭代过程描写动力系统的演化过程。 （4）非凸性一个系统的演化方向，在一定条件下将取决于某个特定的状态函数。例如能量函数，它的极值相应于系统比较稳定的状态。非凸性是指这种函数有多个极值，故系统具有多个较稳定的平衡态，这将导致系统演化的多样性。 人工神经网络中，神经元处理单元可表示不同的对象，例如特征、字母、概念，或者一些有意义的抽象模式。网络中处理单元的类型分为三类：输入单元、输出单元和隐单元。输入单元接受外部世界的信号与数据；输出单元实现系统处理结果的输出；
人工神经网络学习总结笔记 主要侧重点： 1.概念清晰 2.进行必要的查询时能从书本上找到答案 第一章：绪论 1.1人工神经网络的概述 “认识脑”和“仿脑”：人工智能科学家在了解人脑的工作机理和思维的本质的基础上，探索具有人类智慧的人工智能系统，以模拟延伸和扩展脑功能。我认为这是人工神经网络研究的前身。 形象思维：不易被模拟 人脑思维抽象推理 逻辑思维：过程：信息概念最终结果 特点：按串行模式 人脑与计算机信息处理能力的不同点： 方面类型人脑计算机 记忆与联想能力可存储大量信息，对信息有 筛选、回忆、巩固的联想记 忆能力无回忆与联想能力，只可存取信息 学习与认知能力具备该能力无该能力 信息加工能力具有信息加工能力可认识 事物的本质与规律仅限于二值逻辑，有形式逻辑能力，缺乏辩证逻辑能力 信息综合能力可以对知识进行归纳类比 和概括，是一种对信息进行 逻辑加工和非逻辑加工相 结合的过程 缺乏该能力 信息处理速度数值处理等只需串行算法就能解决的应用问题方便，计算 机比人脑快，但计算机在处理文字图像、声音等类信息的 能力远不如人脑 1.1.2人脑与计算机信息处理机制的比较 人脑与计算机处理能力的差异最根本的原因就是信息处理机制的不同，主要有四个方面 方面类型人脑计算机 系统结构有数百亿神经元组成的神经 网络由二值逻辑门电路构成的按串行方式工作的逻辑机器 信号形式模拟量（特点：具有模糊性。离散的二进制数和二值逻辑容易被机器模拟的思维方式
难以被机器模拟）和脉冲两种 形式 形式 信息储存人脑中的信息分布存储于整个系统，所存储的信息是联想式 的 有限集中的串行处理机制信息处理机制高度并行的非线性信息处理系统 （体现在结构上、信息存储上、信 息处理的运行过程中） 1.1.3 人工神经网络的概念：在对人脑神经网络的基本认识的基础上，用数理方法从信息处理的角度对人脑神经网络进行抽象，并建立某种简化模型，称之为人工神经网络，是对人脑的简化、抽象以及模拟，是一种旨在模仿人脑结构及其功能的信息处理系统。 其他定义：由非常多个非常简单的处理单元彼此按某种方式相互连接而形成的计算系统，外部输入信息之后，系统产生动态响应从而处理信息。 它是由许多简单的并行工作的处理单元组成的系统，其功能会因网络结构、连接强度以及各单元的处理方式的不同而不同 1.3神经网络的基本特点与功能 基本特点：1、结构特点：信息处理的并行性、信息存储的分布性、信息处理单元的互联性、结构的可塑性。神经网络内在的并行性与分布性表现在其信息的存储于处理都是空间上分布、时间上并行的。 2、性能特点：高度的非线性、良好的容错性和计算的非精确性。 3、能力特征：自学习、自组织（重构）与自适应性。 神经网络的基本功能：1、联想记忆：自联想记忆与异联想记忆 2、非线性映射 3、分类与识别 4、优化计算 5、知识处理 第二章人工神经网络建模基础 2.1～2.2 讲述了生物神经系统以及生物神经网络的建模基础 神经元所产生的信息是具有电脉冲形式的神经冲动，脉冲的宽度和幅度相同，但是间隔是随机变化的。 人脑中，外界的刺激不同可以改变神经元之间的突触关系，即突触厚膜电位的方向以及大小，从突触信息传递的角度来看，表现为放大倍数和极性的变化。 空间整合的概念（BP29）信息整合这一段中 阀值特性：我认为阀值特性即静息电位必须上升到一定数值范围即超过阀值电位之后，神经元才会产生兴奋，信息才能以脉冲的形式得到传递。 所谓的时间整合，如果由一个脉冲所引起的突触膜后电位很小，只有在持续时间内当另一脉冲到达的时候，总的突触膜后电位增大。 2.3 人工神经元模型 人工神经网络是在现代神经生物学研究基础上提出的模拟生物的过程，反映人脑某些特性的一种计算结构，是人脑神经系统的一种抽象、简化和模拟而不是对它的真实描写。神经网络的基本器件是神经元和突触。人工神经网络当中的神经元是处理单元，也称之为节点。人工神经元是对生物神经元的信息处理过程的抽象模拟，通过数学语言对其进行描述，对其结构和功能进行模拟，用模型图予以表达。 2.3.1 神经元的建模