人工智能导论 第8章 人工神经网络及其应用(导论)1-47

人工神经网络的原理和应用人工神经网络（Artificial Neural Network，ANN）是一种模拟生物神经网络的计算模型。

它由大量的人工神经元（Artificial Neurons）相互连接而成，并通过加权和激活函数来模拟神经元之间的信息传递。

人工神经网络模型是一种在计算机中模拟信息处理和知识获取方式的数学模型，它能够通过学习自适应调整神经元间的连接权值，从而实现对数据的分类、识别、预测等功能。

在人工神经网络中，每个人工神经元接收多个输入信号，并将这些输入信号进行加权求和后经过激活函数处理得到输出信号。

神经元之间的连接权值决定了不同输入信号对输出信号的影响程度。

而激活函数则用于对神经元的输出进行非线性映射，增加人工神经网络的模拟能力。

人工神经网络的学习过程是通过反向传播算法（Backpropagation）来进行的。

反向传播算法基于梯度下降法的思想，通过计算输出误差对连接权值的偏导数来调整连接权值，使得神经网络的输出尽可能接近于所期望的输出。

反向传播算法通常需要大量的训练数据和反复迭代的过程才能得到较好的结果。

人工神经网络的应用非常广泛，以下是几个常见的应用领域：1. 图像识别：人工神经网络能够通过学习大量的图像数据，实现对图像的识别和分类。

例如，人工神经网络可以通过学习大量的猫的图片，实现对新的图片是否为猫的判断。

2. 语音识别：人工神经网络可以通过学习大量的语音数据，实现对语音的识别和转录。

例如，语音助手中的语音识别功能就是基于人工神经网络实现的。

3. 自然语言处理：人工神经网络可以通过学习大量的文本数据，实现对自然语言的理解和处理。

例如，机器翻译、情感分析等领域都可以使用人工神经网络进行处理。

4. 数据挖掘：人工神经网络可以通过学习大量的数据，实现对数据的分类、聚类、预测等任务。

例如，人工神经网络可以通过学习用户的历史行为数据，预测用户的购买行为。

5. 控制系统：人工神经网络可以通过学习环境和控制信号之间的关系，实现对复杂控制系统的建模和控制。

1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28.1 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吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室 张锐3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。

吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室 张锐4（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）。

人工智能导论-各章习题答案第一章习题解答1. 什么是人工智能？人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）是指使机器具有类似或超过人类智能的能力。

人工智能研究的目标是使计算机能够进行人类智力活动，例如学习、理解、推理和决策等。

2. 人工智能的基本分类人工智能可以分为弱人工智能（Narrow AI）和强人工智能（General AI）两类。

弱人工智能是指针对特定任务开发的人工智能系统，比如语音识别、图像处理和机器翻译等。

弱人工智能系统有特定的输入和输出，其能力局限于特定任务。

强人工智能是指能够在各种智力活动中与人类媲美或超越人类的人工智能系统。

强人工智能拥有自主学习、理解、推理和决策的能力，可以应对复杂的问题和情境。

3. 人工智能的应用领域人工智能已经在多个领域得到应用，包括但不限于以下几个方面：•机器学习：基于数据和统计方法，让计算机自动学习并改进性能。

•自然语言处理：使计算机能够理解和处理人类语言。

•机器视觉：使计算机能够理解和处理图像和视频。

•专家系统：建立基于规则和知识的推理系统，用于解决复杂的问题和决策。

•智能机器人：让机器拥有感知、决策和执行的能力，用于自主操作和交互。

•数据挖掘：发现数据中的模式和关联，用于预测和决策支持。

4. 人工智能的发展历史人工智能的发展可以追溯到20世纪50年代，随着计算机技术和算法的进步，人工智能开始逐渐崭露头角。

在1956年，达特茅斯会议举行，标志着人工智能的诞生。

随后，人工智能经历了繁荣期、低谷期和复兴期等不同的发展阶段。

繁荣期（1956-1974）中，很多初期的人工智能算法被提出，比如逻辑推理、机器学习和专家系统等。

然而，由于计算能力限制和算法的局限性，人工智能在这个时期受到了限制。

低谷期（1975-1980）是由于在之前的繁荣期中，人们对人工智能过于乐观，但实际应用和成果不如预期，导致了人工智能的寒冬。

复兴期（1980-至今）是人工智能的复苏和突破阶段。

人工神经网络的原理和应用简介人工神经网络（Artificial Neural Network，简称ANN）是一种基于生物神经网络结构和功能的计算模型，它通过模拟神经元之间的相互连接和信息传递来实现智能化的任务处理。

本文将介绍人工神经网络的原理，包括神经元、权重及激活函数的概念，并探讨其在各领域中的应用。

人工神经网络的原理人工神经网络由神经元（Neuron）、权重（Weight）和激活函数（Activation Function）三个核心组件构成。

神经元神经元是人工神经网络的基本单元，它模拟生物神经元的结构和功能。

神经元接受输入信号，通过加权求和和激活函数的运算，产生输出信号。

一个神经网络通常包含多个神经元组成的输入层、隐藏层和输出层。

权重权重表示神经元之间连接的强度，它决定了输入信号对输出信号的影响程度。

在训练过程中，神经网络通过调整权重来逐步优化模型的性能。

权重调整的方法有很多，常见的方法包括梯度下降法、反向传播算法等。

激活函数激活函数对神经元输出信号进行非线性变换，帮助神经网络学习和处理更复杂的数据。

常用的激活函数有sigmoid函数、ReLU函数等，它们可以将输入信号映射到一定的范围内，保证输出结果在合理的区间内。

人工神经网络的应用人工神经网络在各个领域中都有广泛的应用。

图像识别人工神经网络在图像识别领域中发挥重要作用。

通过训练神经网络模型，可以实现图像分类、目标检测、人脸识别等任务。

著名的卷积神经网络（Convolutional Neural Network，简称CNN）就是应用于图像识别领域的一种特殊类型的神经网络。

自然语言处理人工神经网络在自然语言处理领域也得到了广泛应用。

通过训练神经网络模型，可以实现文本分类、情感分析、机器翻译等任务。

循环神经网络（Recurrent Neural Network，简称RNN）和长短期记忆网络（Long Short-Term Memory，简称LSTM）是应用于自然语言处理的常见神经网络模型。

人工神经网络原理及其应用1.人工神经网络的概念：人工神经网络是对人脑或生物神经网络若干基本特性的抽象和模拟。

2.生物神经网络：由中枢神经系统（脑和脊髓）及周围神经系统（感觉神经、运动神经等）所构成的错综复杂的神经网络，其中最主要的是脑神经系统。

3.人工神经网络原理：因为人工神经网络是模拟人和动物的神经网络的某种结构和功能的模拟，所以要了解神经网络的工作原理，所以我们首先要了解生物神经元。

生物神经元它包括，细胞体：由细胞核、细胞质与细胞膜组成，轴突是从细胞体向外伸出的细长部分，也就是神经纤维。

轴突是神经细胞的输出端，通过它向外传出神经冲动；树突是细胞体向外伸出的许多较短的树枝状分支。

它们是细胞的输入端，接受来自其它神经元的冲动。

突触是神经元之间相互连接的地方，既是神经末梢与树突相接触的交界面。

对于从同一树突先后传入的神经冲动，以及同一时间从不同树突输入的神经冲动，神经细胞均可加以综合处理，处理的结果可使细胞膜电位升高，对于从同一树突先后传入的神经冲动，以及同一时间从不同树突输入的神经冲动，神经细胞均可加以综合处理，处理的结果可使细胞膜电位升高。

当输入的冲动减小，综合处理的结果使膜电位下降，当下降到阀值时。

细胞进入抑制状态，此时无神经冲动输出。

“兴奋”和“抑制”，神经细胞必呈其一。

人工神经网络的工作原理与生物神经网络原理类似，但却又不相同，其主要是通过建立一些数学模型，去模拟生物神经网络。

4.神经网络的结构：(1)前馈型：本层每个神经元只作用于下一层神经元的输入，不能直接作用于下下一层的神经元，且本层神经元之前不能互相租用。

(2)反馈型：即在前馈型的基础上，输出信号直接或间接地作用于输入信号。

5.神经网络的工作方式：(1)同步（并行）方式：任一时刻神经网络中所有神经元同时调整状态。

(2)异步（串行）方式：任一时刻只有一个神经元调整状态，而其它神经元的状态保持不变。

6.人工神经网络的应用：经过几十年的发展，神经网络理论在模式识别、自动控制、信号处理、辅助决策、人工智能等众多研究领域取得了广泛的成功。