神经网络综述
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人工神经网络综述〔摘要〕本文使用通谷易懂的语言从物理概念上深入浅出地介绍了人工神经网络的工作原理、特点及几种典型神经网络,避免出现繁琐的公式及数学推导。
希望能通过本文引起广大科研工作者对人工神经网络的认识和重视。
1 神经元模型的提出“人工神经网络”(ARTIFICIAL NEURAL NETWORK,简称A.N.N.)是在对人脑组织结构和运行机智的认识理解基础之上模拟其结构和智能行为的一种工程系统。
早在本世纪40年代初期,心理学家McCulloch、数学家Pitts就提出了人工神经网络的第一个数学模型,从此开创了神经科学理论的研究时代。
其后,F.Rosenblatt、Widrow和Hopf、J.J.Hopfield等学者又先后提出了感知模型,使得人工神经网络技术得以蓬勃发展。
神经系统的基本构造是神经元(神经细胞),它是处理人体内各部分之间相互信息传递的基本单元。
据神经生物学家研究的结果表明,人的一个大脑一般有~个神经元。
如图1所示,每个神经元都由一个细胞体,一个连接其他神经元的轴突和一些向外伸出的其它较短分支——树突组成。
轴突的功能是将本神经元的输出信号(兴奋)传递给别的神经元。
其末端的许多神经末梢使得兴奋可以同时传送给多个神经元。
树突的功能是接受来自其它神经元的兴奋。
神经元细胞体将接受到的所有信号进行简单地处理(如:加权求和,即对所有的输入信号都加以考虑且对每个信号的重视程度——体现在权值上——有所不同)后由轴突输出。
神经元的树突与另外的神经元的神经末梢相连的部分称为突触。
图1 神经元结构图图2 神经元模型对应于图1,可以很容易的建立起神经元的模型,如图2所示。
大脑之所以能够处理极其复杂的分析、推理工作,一方面是因为其神经元个数的庞大,另一方面还在于神经元能够对输入信号进行非线性处理。
因此,对图2可进一步建立起更接近于工程的数学模型,如图3所示,它是一个多输入单输出的非线性器件。
其中的权值W即代表神经元之间的连接强度,f(x)为非线性函数。
图神经网络研究综述近年来,图神经网络(graph neural networks,GNNs)成为了机器学习领域的研究热点。
图神经网络是一种用于处理图数据的神经网络模型,通过学习节点之间的关系和图的结构,实现对图数据的分析和预测。
本文将对图神经网络的研究进行综述,并介绍其应用和未来发展方向。
一、图神经网络简介图神经网络是一种基于图结构的神经网络模型,其目标是学习节点之间的关系和图的结构。
相比于传统的神经网络模型,图神经网络可以处理非结构化数据,并在节点分类、图分类、关系预测等任务中取得良好的效果。
图神经网络主要由节点嵌入和图嵌入两个部分组成。
1. 节点嵌入节点嵌入是将节点映射到低维空间中的一个过程,将图中的节点表示为向量形式,用于捕捉节点的特征和上下文信息。
常用的节点嵌入方法有GraphSage、GAT和GCN等。
2. 图嵌入图嵌入是将整个图映射到低维空间中的一个过程,用于对整个图进行特征提取和表示。
常用的图嵌入方法有Graph Convolutional Networks (GCNs)、Graph Attention Networks (GAT)和GraphSAGE等。
二、图神经网络的应用图神经网络在各个领域都有广泛的应用,包括社交网络分析、推荐系统、生物信息学和药物发现等。
以下将介绍几个典型的应用场景:1. 社交网络分析社交网络是一个充满复杂关系的图结构,传统的方法往往无法准确地分析和预测社交网络中的节点行为。
图神经网络通过学习节点之间的关系和图的结构,可以有效地进行社交网络分析,包括社区发现、影响力传播和节点分类等任务。
2. 推荐系统推荐系统需要对用户和商品之间的关系进行建模和预测,而这种关系往往可以用图结构进行表示。
图神经网络可以学习用户和商品之间的关系,提取隐含的特征信息,并用于推荐算法中的推荐和评分预测。
3. 生物信息学生物信息学研究需要对蛋白质、基因和化合物等生物实体进行建模和分析。
文献综述电气工程及自动化BP神经网络研究综述摘要:现代信息化技术的发展,神经网络的应用范围越来越广,尤其基于BP算法的神经网络在预测以及识别方面有很多优势。
本文对前人有关BP神经网络用于识别和预测方面的应用进行归纳和总结,并且提出几点思考方向以作为以后研究此类问题的思路。
关键词:神经网络;数字字母识别;神经网络的脑式智能信息处理特征与能力使其应用领域日益扩大,潜力日趋明显。
作为一种新型智能信息处理系统,其应用贯穿信息的获取、传输、接收与加工各个环节。
具有大家所熟悉的模式识别功能,静态识别例如有手写字的识别等,动态识别有语音识别等,现在市场上这些产品已经有很多。
本文查阅了中国期刊网几年来的相关文献包括相关英文文献,就是对前人在BP神经网络上的应用成果进行分析说明,综述如下:(一)B P神经网络的基本原理BP网络是一种按误差逆向传播算法训练的多层前馈网络它的学习规则是使用最速下降法,通过反向传播来不断调整网络的权值和阀值,使网络的误差平方最小。
BP网络能学习和存贮大量的输入- 输出模式映射关系,而无需事前揭示描述这种映射关系的数学方程.BP神经网络模型拓扑结构包括输入层(input)、隐层(hide layer)和输出层(output layer),如图上图。
其基本思想是通过调节网络的权值和阈值使网络输出层的误差平方和达到最小,也就是使输出值尽可能接近期望值。
(二)对BP网络算法的应用领域的优势和其它神经网络相比,BP神经网络具有模式顺向传播,误差逆向传播,记忆训练,学习收敛的特点,主要用于:(1)函数逼近:用输入向量和相应的输出向量训练一个网络以逼近一个函数;(2)模式识别:用一个待定的输出向量将它与输入向量联系起来;(3)数据压缩:减少输出向量维数以便于传输或存储;(4)分类:把输入向量所定义的合适方式进行分类;]9[BP网络实质上实现了一个从输入到输出的映射功能,,而数学理论已证明它具有实现任何复杂非线性映射的功能。
卷积神经网络研究综述一、引言卷积神经网络(Convolutional Neural Network,简称CNN)是深度学习领域中的一类重要算法,它在计算机视觉、自然语言处理等多个领域中都取得了显著的成果。
CNN的设计灵感来源于生物视觉神经系统的结构,尤其是视觉皮层的组织方式,它通过模拟视觉皮层的层级结构来实现对输入数据的层次化特征提取。
在引言部分,我们首先要介绍CNN的研究背景。
随着信息技术的飞速发展,大数据和人工智能逐渐成为研究的热点。
在这个过程中,如何有效地处理和分析海量的图像、视频等数据成为了一个亟待解决的问题。
传统的机器学习方法在处理这类数据时往往面临着特征提取困难、模型复杂度高等问题。
而CNN的出现,为解决这些问题提供了新的思路。
接着,我们要阐述CNN的研究意义。
CNN通过其独特的卷积操作和层次化结构,能够自动学习并提取输入数据中的特征,从而避免了繁琐的特征工程。
同时,CNN还具有良好的泛化能力和鲁棒性,能够处理各种复杂的数据类型和场景。
因此,CNN在计算机视觉、自然语言处理等领域中都得到了广泛的应用,并取得了显著的成果。
最后,我们要介绍本文的研究目的和结构安排。
本文旨在对CNN 的基本原理、发展历程和改进优化方法进行系统的综述,以便读者能够全面了解CNN的相关知识和技术。
为了达到这个目的,我们将按照CNN的基本原理、发展历程和改进优化方法的顺序进行论述,并在最后对全文进行总结和展望。
二、卷积神经网络基本原理卷积神经网络的基本原理主要包括卷积操作、池化操作和全连接操作。
这些操作共同构成了CNN的基本框架,并使其具有强大的特征学习和分类能力。
首先,卷积操作是CNN的核心操作之一。
它通过一个可学习的卷积核在输入数据上进行滑动窗口式的计算,从而提取出输入数据中的局部特征。
卷积操作具有两个重要的特点:局部连接和权值共享。
局部连接意味着每个神经元只与输入数据的一个局部区域相连,这大大降低了模型的复杂度;权值共享则意味着同一卷积层内的所有神经元共享同一组权值参数,这进一步减少了模型的参数数量并提高了计算效率。
脉冲神经网络研究进展综述一、本文概述随着和机器学习的飞速发展,神经网络作为其中的核心组件,已经得到了广泛的研究和应用。
然而,传统的神经网络模型在处理复杂、动态和实时的任务时,由于其计算复杂度高、能耗大等问题,面临着巨大的挑战。
脉冲神经网络(Spiking Neural Networks,SNNs)作为一种新型的神经网络模型,以其独特的脉冲编码和传输机制,为解决这些问题提供了新的思路。
本文旨在全面综述脉冲神经网络的研究进展,包括其基本原理、模型设计、训练方法以及应用领域等方面。
我们将详细介绍脉冲神经网络的基本概念和脉冲编码机制,阐述其与传统神经网络的主要区别和优势。
然后,我们将回顾脉冲神经网络模型的发展历程,分析各种模型的特点和应用场景。
接着,我们将探讨脉冲神经网络的训练方法和学习机制,包括监督学习、无监督学习和强化学习等。
我们将展示脉冲神经网络在各个领域的应用实例,如图像识别、语音识别、机器人控制等,并展望其未来的发展方向。
通过本文的综述,我们希望能够为研究者提供一个清晰、全面的脉络,以了解脉冲神经网络的研究现状和发展趋势,为未来的研究提供有益的参考和启示。
我们也期望能够激发更多研究者对脉冲神经网络的兴趣和热情,共同推动这一领域的发展。
二、脉冲神经网络的基本原理脉冲神经网络(Spiking Neural Networks,SNNs)是一种模拟生物神经网络中神经元脉冲发放行为的计算模型。
与传统的人工神经网络(Artificial Neural Networks,ANNs)不同,SNNs的神经元通过产生和传递脉冲(或称为动作电位)来进行信息的编码和传输。
这种模型更接近生物神经元的实际运作机制,因此具有更强的生物可解释性和更高的计算效率。
在SNNs中,神经元的状态通常由膜电位(Membrane Potential)来表示。
当膜电位达到某个阈值时,神经元会发放一个脉冲,并将膜电位重置为静息状态。
脉冲的发放时间和频率都可以作为信息的编码方式。
bp神经网络的应用综述近年来,人工神经网络(ANN)作为一种神经网络形式在不断发展,因其计算能力强,对现实世界较好地识别和适应能力,已得到越来越广泛的应用,其中,BP神经网络是最典型的人工神经网络之一。
BP神经网络是指以马尔可夫随机过程为基础的反向传播算法,具有自组织学习、泛化、模糊推理的特点,具有非常广泛的应用场景。
它可以用来解决实际问题。
首先,BP神经网络可以用来解决分类问题。
它可以根据给定的输入向量和输出向量,训练模型以分类相关的输入特征。
这种模型可以用来解决工业控制问题、专家系统任务等。
例如,BP神经网络可以用来识别照片中的面孔,帮助改进自动门的判断等。
此外,BP神经网络还可以用于计算机视觉,即以计算机图像识别的形式进行图像处理。
通常,计算机视觉技术需要两个步骤,即识别和分析。
在识别步骤中,BP神经网络可以被用来识别图片中的特征,例如物体的形状、大小、颜色等;在分析步骤中,BP神经网络可以用来分析和判断图片中的特征是否满足要求。
此外,BP神经网络还可以用于机器人技术。
它可以用来识别机器人环境中的物体,从而帮助机器人做出正确的动作。
例如,利用BP神经网络,机器人可以识别障碍物并做出正确的行动。
最后,BP神经网络还可以用于未来的驾驶辅助系统中。
这种系统可以利用各种传感器和摄像机,搜集周围环境的信息,经过BP神经网络分析,判断当前环境的安全程度,及时采取措施,以达到更好的安全驾驶作用。
综上所述,BP神经网络具有自组织学习、泛化、模糊推理的特点,拥有非常广泛的应用场景,可以用于分类问题、计算机视觉、机器人技术和驾驶辅助系统等。
然而,BP神经网络也存在一些问题,例如训练时间长,需要大量的训练数据,容易受到噪声攻击等。
因此,研究人员正在积极改进BP神经网络,使其能够更好地解决各种问题。
人工神经网络历史发展及应用综述1、引言人类为了生存在改造探索自然的过程中,学会利用机械拓展自身的体力,随着对自然认识的不断深入,创造语言,符号,算盘、计算工具等来强化自身脑力。
复杂的数字计算原本是靠人脑来完成的,为了摆脱这种脑力束缚发明了计算机。
其数字计算能力比人脑更强,更快、更准。
计算机的出现,人类开始真正有了一个可以模拟人类思维的工具,期盼可以实现人工智能,构造人脑替代人类完成相应工作。
要模拟人脑的活动,就要研究人脑是如何工作的,要怎样模拟人脑的神经元。
人脑的信息处理具有大规模并行处理、强容错性和自适应能力、善于联想、概括、类比和推广的特点,多少年以来,人们从生物学、医学、生理学、哲学、信息学、计算机科学、认知学、组织协同学等各个角度企图获悉人脑的工作奥秘,寻求神经元的模拟方法。
在寻找上述问题答案的研究过程中,从20世纪40年代开始逐渐形成了一个新兴的边缘性交叉学科,称之为“神经网络”,是人工智能、认知科学、神经生理学、非线性动力学、信息科学、和数理科学的“热点”。
关于神经网络的研究包含众多学科领域,涉及数学、计算机、人工智能、微电子学、自动化、生物学、生理学、解剖学、认知科学等学科,这些领域彼此结合、渗透,相互推动神经网络研究和应用的发展。
2、定义思维学普遍认为,人类大脑的思维有三种基本方式,分为抽象(逻辑)思维、形象(直观)思维和灵感(顿悟)思维。
逻辑性的思维是根据逻辑规则进行推理的过程,这一过程可以写成指令,让计算机执行,获得结果。
而直观性(形象)的思维是将分布式存储的信息综合起来,结果是忽然间产生想法或解决问题的办法。
这种思维方式的有以下两个特点:一是信息通过神经元上的兴奋模式分布储在网络上;二是信息处理通过神经元之间同时相互作用的动态过程来完成的。
人工神经网络就是模拟第二种人类思维方式。
人工神经网络是由大量具备简单功能的人工神经元相互联接而成的自适应非线性动态系统。
虽然单个神经元的结构和功能比较简单,但大量神经元连接构成的网络系统行为却异常复杂。
深度神经网络的优化方法综述随着大数据的普及和应用场景的不断拓展,深度神经网络(DNN)成为现代机器学习和人工智能的核心技术之一。
然而,由于深度神经网络的模型复杂度、参数量、计算量、训练难度等因素,使得其优化方法成为该领域的研究热点和难点之一。
本文将针对深度神经网络的优化方法进行综述和总结,从梯度下降、优化策略、正则化等方面展开阐述。
1. 梯度下降算法梯度下降算法是深度神经网络中最基础、也是最常用的优化方法之一。
其核心思想是通过计算目标函数对于参数的一阶导数,找到能够使目标函数值下降最快的方向,并沿着该方向进行参数更新。
虽然梯度下降算法简单易懂,但其容易陷入局部极小值,收敛速度较慢的缺陷限制了其在深度神经网络优化中的应用。
为了解决梯度下降算法的缺陷,学者们提出了一系列的改进算法,如随机梯度下降(Stochastic Gradient Descent, SGD)、批量梯度下降(Batch Gradient Descent, BGD)、Adam和Adagrad等。
2. 优化策略优化策略是深度神经网络优化的关键,它与学习率、动量、权重衰减等因素密切相关。
当前研究中,主要的优化策略包括自适应学习率、随机停止、动量算法、启发式算法和克服退化策略等。
自适应学习率是指根据当前梯度状态动态调整学习率。
Adagrad算法是一种基于自适应学习率的优化方法,它可以根据梯度值所在区间对学习率进行调整,有效地解决了梯度稀疏问题。
随机停止是将深度神经网络优化过程视为统计学问题,当目标函数和梯度的随机变化达到一定水平后,即停止优化过程。
该策略通常用于对大规模数据集的训练,以避免深度神经网络的过拟合。
动量算法是基于牛顿力学的动量来模拟优化过程。
通过增加历史梯度信息的惯性度量,可以使梯度下降的更新方向在一定程度上保持稳定,在梯度较小的区间实现较快的收敛速度。
其中,Momentum和Nesterov Accelerated Gradient(NAG)是较常用的代表性算法。
随机神经网络发展现状综述一、本文概述随着和机器学习技术的迅猛发展,神经网络已成为一种强大的工具,广泛应用于各种领域,如计算机视觉、语音识别、自然语言处理、游戏等。
其中,随机神经网络作为一种新兴的神经网络架构,近年来引起了广泛的关注和研究。
本文旨在综述随机神经网络的发展现状,包括其基本原理、应用领域、挑战与前景等,以期为读者提供一个全面而深入的了解。
随机神经网络,顾名思义,是一种在神经网络中引入随机性的网络架构。
与传统的深度学习模型相比,随机神经网络在权重初始化、激活函数选择、网络结构等方面具有更高的灵活性和随机性。
这种随机性不仅有助于提升模型的泛化能力,还能在一定程度上解决深度学习模型中的一些固有问题,如过拟合、梯度消失等。
本文首先简要介绍了随机神经网络的基本概念和发展历程,然后重点分析了其在各个应用领域中的表现。
在此基础上,本文还深入探讨了随机神经网络所面临的挑战,如如何平衡随机性与稳定性、如何设计有效的训练算法等。
本文展望了随机神经网络未来的发展趋势和研究方向,以期为推动该领域的发展提供有益的参考。
二、随机神经网络的理论基础随机神经网络(Random Neural Networks, RNNs)的理论基础主要建立在概率论、统计学习理论以及优化算法的基础之上。
其核心思想是通过引入随机性来增强网络的泛化能力和鲁棒性,同时减少过拟合的风险。
在概率论方面,随机神经网络利用随机权重和随机连接来模拟人脑神经元的随机性和不确定性。
这种随机性可以在训练过程中引入噪声,从而提高网络对噪声数据和未知数据的处理能力。
同时,随机性还有助于探索更多的解空间,增加网络的多样性,避免陷入局部最优解。
在统计学习理论方面,随机神经网络通过引入正则化项来控制模型的复杂度,防止过拟合现象的发生。
正则化项通常包括权重衰减、dropout等策略,这些策略可以在训练过程中随机关闭一部分神经元或连接,从而减少网络的复杂度,提高泛化能力。
人工神经网络的最新发展综述摘要:人工神经网络是指模拟人脑神经系统的结构和功能,运用大量的处理部件,由人工方式建立起来的网络系统。
该文首先介绍了神经网络研究动向,然后介绍了近年来几种新型神经网络的基本模型及典型应用,包括模糊神经网络、神经网络与遗传算法的结合、进化神经网络、混沌神经网络和神经网络与小波分析的结合。
最后,根据这几种新型神经网络的特点,展望了它们今后的发展前景。
关键词:模糊神经网络;神经网络与遗传算法的结合;进化神经网络;混沌神经网络;神经网络与小波分析。
The review of the latest developments in artificial neuralnetworksAbstract:Artificial neural network is the system that simulates the human brain’s structure and function, and uses a large number of processing elements, and is manually established by the network system. This paper firstly introduces the research trends of the neural network, and then introduces several new basic models of neural networks and typical applications in recent years, including of fuzzy neural network, the combine of neural network and genetic algorithm, evolutionary neural networks, chaotic neural networks and the combine of neural networks and wavelet analysis. Finally, their future prospects are predicted based on the characteristics of these new neural networks in the paper.Key words: Fuzzy neural network; Neural network and genetic algorithm; Evolutionary neural networks; Chaotic neural networks; Neural networks and wavelet analysis1 引言人工神经网络的研究始于20世纪40年代初。
图神经网络综述图神经网络综述随着计算机视觉和自然语言处理领域的不断发展,图神经网络(Graph Neural Networks,简称GNN)作为一个新兴的研究方向,近年来受到了广泛关注。
GNN能够对图结构数据进行建模和分析,具有较强的表达能力和适应能力,因此在社交网络分析、推荐系统、药物发现等许多领域取得了显著的成果。
一、图神经网络的起源图神经网络最早可以追溯到20世纪80年代的人工智能研究中,当时研究人员提出了一种叫做Graph Transformer Networks的模型,用于处理图像识别问题。
然而,受限于当时的计算能力和数据规模,该模型并没有得到广泛应用。
直到近年来,随着图数据的不断涌现,图神经网络重获关注。
2014年,Bruna等人提出了一种基于谱卷积的图神经网络,被认为是现代GNN的雏形。
接下来,许多学者在此基础上展开了深入研究,并推出了许多不同类型的GNN模型。
二、图神经网络的基本原理图神经网络的基本原理是将图中的节点和边赋予向量表示,通过信息传播和聚合来更新节点和边的特征向量。
这样,每个节点就可以利用其邻居节点的信息进行自身特征的更新和学习。
通常,GNN模型包括输入层、隐藏层和输出层。
输入层将原始的图像结构数据转化为向量表示,隐藏层通过信息传播和聚合来更新节点和边的特征,输出层生成最终的结果。
GNN模型的核心是信息传播和聚合的过程。
在信息传播过程中,节点通过聚合邻居节点的信息来更新自身的特征向量。
而在信息聚合过程中,节点将自身的特征向量传递给邻居节点。
这种迭代的信息传播和聚合过程可以使节点的特征向量逐渐收敛,并且最终能够表达整个图的结构和特征。
GNN模型的表达能力来自于两个关键要素:节点的自身特征和节点之间的关系。
节点的自身特征通常是节点的属性或向量表示,而节点之间的关系可以通过边的权重或邻接矩阵来描述。
通过信息传播和聚合过程,节点和边的特征向量能够结合起来表达图的结构和特征。
三、图神经网络的应用领域图神经网络已经在许多领域得到成功应用。
图神经网络综述图神经网络综述近年来,图神经网络(Graph Neural Networks, GNNs)作为一种强大的机器学习方法,吸引了广泛的关注和研究。
它为处理图结构化数据开启了新的可能性,同时也在社交网络分析、推荐系统、化学方向等领域取得了令人瞩目的成果。
本文将对图神经网络进行综述,介绍其基本概念、发展历程以及一些具有代表性的应用案例。
一、图神经网络的基本概念图神经网络是一种专门用于处理图结构化数据的深度学习模型。
与传统的神经网络不同,GNNs能够直接对图中的节点和边进行建模,并通过层次化的信息传播和特征更新,进行全局的图结构推理和预测。
这种全局信息传播的能力使得GNNs在处理社交网络、推荐系统、生物信息学等问题时具备了优势。
图神经网络的基本组成包括节点特征、边信息和图结构。
节点特征是指每个节点自身的属性,在传统的神经网络中通常表示为向量或矩阵的形式。
边信息则表示节点之间的关系和连接方式,通常可以通过邻接矩阵或者边的权重来表示。
图结构则用于描述节点和边之间的拓扑结构,可以是有向图或无向图。
二、图神经网络的发展历程图神经网络起源于传统的图表示学习方法,如PageRank算法和DeepWalk算法。
这些方法主要关注于图中节点的表示学习,但无法进行全局的图结构推理。
直到2014年,Bruna等人提出的谱卷积网络(Spectral Graph Convolutional Networks)引入了图信号处理的概念,才真正将图结构融入到神经网络中。
随后,Kipf等人提出了图卷积网络(GraphConvolutional Networks, GCNs),进一步促进了图神经网络的发展。
GCNs通过局部邻居信息的聚合和特征更新,实现了对整个图结构的推理能力。
这种基于邻居传播的更新策略被广泛应用于图神经网络的后续研究中。
此外,图神经网络还涌现了一系列的扩展模型,如图注意力网络(Graph Attention Networks, GAT)、图生成模型(Graph Generative Models)、图时空网络(Graph Temporal Networks)等。
bp神经网络的应用综述近年来,随着人工智能(AI)发展的飞速发展,神经网络技术也在迅速发展。
BP神经网络是一种能够将输入大量信息并有效学习并做出正确决策的广泛应用的深度学习算法。
它的强大的学习能力令人印象深刻,从很多方面来看都是一种具有潜在潜力的技术。
在科学和工程方面,BP神经网络的应用非常广泛。
它可以用于模式识别,数据挖掘,图像处理,语音识别,机器翻译,自然语言处理和知识发现等等。
当可用的数据量很大时,BP神经网络可以有效地自动分析和提取有用的信息,从而有效地解决问题。
例如,在图像处理领域,BP神经网络可以用于图像分类、目标检测和图像语义分析。
它能够以准确的速度检测目标图像,包括人脸、行人、汽车等等,这在过去难以实现。
在机器翻译等技术中,BP神经网络可以用于语义分析,以确定机器翻译的正确语义。
此外,BP神经网络还可以用于人工智能的自动控制,例如机器人与机器人感知、模式识别、语音识别和控制系统。
除此之外,BP神经网络还可以用作在计算机游戏和科学研究中的决策支持系统,以便帮助决策者做出正确的决策。
总而言之,BP神经网络是一种具有广泛应用的深度学习算法,它能够自动处理大量复杂的信息,并能够做出正确的决策。
它可以用于各种科学和工程任务,如模式识别、机器翻译、图像处理、语音识别、机器人感知及自动控制等领域。
此外,它还可以用于决策支持系统,以便帮助决策者做出正确的决策。
BP神经网络在许多领域都具有巨大的潜力,希望以后能得到更多的研究和应用。
因为随着计算机技术的发展,BP神经网络在未来有望发挥更大的作用,帮助人们实现和科学研究的突破。
BP神经网络的潜力巨大,尽管它的应用前景十分广阔,但许多研究仍然存在挑战。
因此,有必要开展更多的研究,并利用其强大的特性,尽可能多地发掘它的潜力,以便最大限度地利用它的优势。
我们期待着BP神经网络会给人类的发展带来更多的惊喜。
图卷积神经网络综述图卷积神经网络(Graph Convolutional Neural Networks, GCNs)是一种近年来十分受关注的深度学习模型,用于处理图结构数据的机器学习任务。
它建立在传统的卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNNs)的基础上,通过引入图结构的信息,克服了传统CNN在处理图像以外的数据上的局限性。
本文将综述图卷积神经网络的基本原理、发展历程以及最新应用进展。
一、图卷积神经网络的基本原理图卷积神经网络的基本原理是通过将节点特征与其邻居节点特征进行卷积操作,从而获取更全局的图结构信息。
与传统CNN相比,GCNs的卷积操作需要考虑节点的连接关系和图的拓扑结构。
1. 图结构表示图结构由节点(顶点)和边(连接)组成。
可以用邻接矩阵、节点特征矩阵和度矩阵来表示一个图。
邻接矩阵表示了图中节点之间的连接关系,节点特征矩阵表示了每个节点的特征向量,度矩阵则记录了每个节点的度信息。
2. 图卷积操作图卷积操作是图卷积神经网络的核心部分。
它通过将节点特征与其邻居节点特征进行加权求和,得到新的节点表示。
具体而言,可以使用邻接矩阵来定义节点之间的连接关系和权重信息,再与节点特征矩阵相乘,最后经过激活函数得到新的节点表示。
二、图卷积神经网络发展历程图卷积神经网络的发展经历了多个重要的突破和演化,以下是其中的几个里程碑式的工作。
1. 图神经网络(Graph Neural Networks)早期的图神经网络并没有像现代的GCNs那样引入卷积操作,而是采用迭代更新的方式来更新节点特征。
如2010年的论文《A Generalization of Convolutional Neural Networks to Graph-Structured Data》通过逐层聚合邻居节点特征来进行信息传递。
2. 图卷积网络(Graph Convolutional Networks)2016年的论文《Semi-Supervised Classification with Graph Convolutional Networks》首次提出了图卷积网络的概念,引入了卷积操作来获取节点的更全局信息。
神经网络综述宁波工程学院Ningbo University of Technology摘要:神经网络可以指向两种,一个是生物神经网络,一个是人工神经网络。
生物神经网络:一般指生物的大脑神经元,细胞,触点等组成的网络,用于产生生物的意识,帮助生物进行思考和行动。
人工神经网络:是一种应用类似于大脑神经突触联接的结构进行信息处理的数学模型。
在工程与学术界也常直接简称为“神经网络”或类神经网络。
Neural network can point the two, the one is biological neural network,the other one is artificial neural network.Biological neural networkis a kind likes Structure of synaptic connection of brain that can do the mathematical model of information processing .Biological neural networkis is uesd to produce biological consciousness, help to think and act.Artificial neural network is an abstraction and simulation of the basic characteristics of the human brain; and also it is a kind of imitating the behavior characteristics of Animal neural networks for distributed parallel algorithm which is for mathematical model of information processing.人的大脑和计算机技术一直是科技前沿的研究方向,自从神经网络的出现,两个不相干的领域慢慢地结合在一起。
但是神经网络是什么?有哪些作用?下面给出解释。
定义:思维学普遍认为,人类大脑的思维有三种基本方式,分为抽象(逻辑)思维、形象(直观)思维和灵感(顿悟)思维。
逻辑性的思维是根据逻辑规则进行推理的过程,这一过程可以写成指令,让计算机执行,获得结果。
而直观性(形象)的思维是将分布式存储的信息综合起来,结果是忽然间产生想法或解决问题的办法。
这种思维方式的有以下两个特点:一是信息通过神经元上的兴奋模式分布储在网络上;二是信息处理通过神经元之间同时相互作用的动态过程来完成的。
人工神经网络就是模拟第二种人类思维方式。
人工神经网络是由大量具备简单功能的人工神经元相互联接而成的自适应非线性动态系统。
虽然单个神经元的结构和功能比较简单,但大量神经元连接构成的网络系统行为却异常复杂。
人工神经网络基本功能模仿了人脑行为的若干基本特征,反映了人脑的基本功能,但并非人脑的真实写照,只是某种对人脑模仿、简化和抽象。
人工神经网络具有并行信息处理特征,依靠网络系统的复杂程度,通过调整内部大量节点之间相互连接的关系,适应环境、总结规则、完成某种运算、识别或过程控制,从而达到处理信息的目的。
人工神经网络作为模拟人脑活动的理论化算法数学模型,Hecht—Nielsen于1988年给人工神经网络下了如下定义:人工神经网络是一个并行、分布处理结构,它由处理单元及称为联接的无向信号通道互连而成。
这些处理单元(PE---Processing Element)具有局部内存,并可以完成局部操作。
每个处理单元有一个单一的输出联接,这个输出可以根据需要被分支成希望个数的许多并行联接,且这些并行联接都输出相同的信号,即相应处理单元的信号,信号的大小不因分支的多少而变化。
处理单元的输出信号可以是任何需要的数学模型,每个处理单元中进行的操作必须是完全局部的。
也就是说,它必须仅仅依赖于经过输入联接到达处理单元的所有输入信号的当前值和存储在处理单元局部内存中的值。
1.神经网络的介绍:神经细胞利用电-化学过程交换信号。
输入信号来自另一些神经细胞。
这些神经细胞的轴突末梢和本神经细胞的树突相遇形成突触,信号就从树突进入本细胞。
信号在大脑中实际传输过程可以看做是计算机一样,利用2进制0,1来进行操作。
就是说,大脑的神经细胞也只有两种状态:兴奋和抑制。
发射信号的强度不变,变化的仅仅是频率。
神经细胞利用一种我们还不知道的方法,把所有从树突上突触进来的信号进行相加,如果全部信号的总和超过某个阀值,就会激发神经细胞进入兴奋状态,这时就会有一个电信号通过轴突发送出去给其他神经细胞。
如果信号总和没有达到阀值,神经细胞就不会兴奋起来。
这样的解释有点过分简单化,但已能满足我们的目的。
2.神经网络的发展历史:1943年,心理学家W·Mcculloch和数理逻辑学家W·Pitts在分析、总结神经元基本特性的基础上首先提出神经元的数学模型。
此模型沿用至今,并且直接影响着这一领域研究的进展。
因而,他们两人可称为人工神经网络研究的先驱。
1945年冯·诺依曼领导的设计小组试制成功存储程序式电子计算机,标志着电子计算机时代的开始。
1948年,他在研究工作中比较了人脑结构与存储程序式计算机的根本区别,提出了以简单神经元构成的再生自动机网络结构。
但是,由于指令存储式计算机技术的发展非常迅速,迫使他放弃了神经网络研究的新途径,继续投身于指令存储式计算机技术的研究,并在此领域作出了巨大贡献。
虽然,冯·诺依曼的名字是与普通计算机联系在一起的,但他也是人工神经网络研究的先驱之一。
50年代末,F·Rosenblatt设计制作了“感知机”,它是一种多层的神经网络。
这项工作首次把人工神经网络的研究从理论探讨付诸工程实践。
当时,世界上许多实验室仿效制作感知机,分别应用于文字识别、声音识别、声纳信号识别以及学习记忆问题的研究。
然而,这次人工神经网络的研究高潮未能持续很久,许多人陆续放弃了这方面的研究工作,这是因为当时数字计算机的发展处于全盛时期,许多人误以为数字计算机可以解决人工智能、模式识别、专家系统等方面的一切问题,使感知机的工作得不到重视;其次,当时的电子技术工艺水平比较落后,主要的元件是电子管或晶体管,利用它们制作的神经网络体积庞大,价格昂贵,要制作在规模上与真实的神经网络相似是完全不可能的;另外,在1968年一本名为《感知机》的著作中指出线性感知机功能是有限的,它不能解决如异感这样的基本问题,而且多层网络还不能找到有效的计算方法,这些论点促使大批研究人员对于人工神经网络的前景失去信心。
60年代末期,人工神经网络的研究进入了低潮。
另外,在60年代初期,Widrow提出了自适应线性元件网络,这是一种连续取值的线性加权求和阈值网络。
后来,在此基础上发展了非线性多层自适应网络。
当时,这些工作虽未标出神经网络的名称,而实际上就是一种人工神经网络模型。
随着人们对感知机兴趣的衰退,神经网络的研究沉寂了相当长的时间。
80年代初期,模拟与数字混合的超大规模集成电路制作技术提高到新的水平,完全付诸实用化,此外,数字计算机的发展在若干应用领域遇到困难。
这一背景预示,向人工神经网络寻求出路的时机已经成熟。
美国的物理学家Hopfield于1982年和1984年在美国科学院院刊上发表了两篇关于人工神经网络研究的论文,引起了巨大的反响。
人们重新认识到神经网络的威力以及付诸应用的现实性。
随即,一大批学者和研究人员围绕着 Hopfield提出的方法展开了进一步的工作,形成了80年代中期以来人工神经网络的研究热潮。
3.神经网络的特点:①人工神经网络(ANN)为广泛连接的巨型系统。
神经科学研究表明,人类中枢神经的主要部分大脑皮层由10[11]~10[12]个神经元组成,每个神经元共有10[1]~10[5]个突触,突触为神经元之间的结合部,决定神经元之间的连接强度与性质。
这表明大脑皮层是一个广泛连接的巨型复杂系统,ANN的连接机制模仿了人脑的这一特性。
②人工神经网络(ANN)有其并行结构和并行处理机制。
ANN不但结构上是并行的,它的处理顺序也是并行的和同时的。
在同一层内处理单元都是同时操作的,即神经网络的计算功能分布在多个处理单元上。
③人工神经网络(ANN)的分布式结构使其具有和人脑一样的容错性和联想能力。
大脑具有很强的容错能力。
我们知道,每天都有大脑细胞死去,但并没有影响人们的记忆和思考能力。
这正是因为大脑对信息的存储是通过改变突触的功能实现的,信息存储于神经元连接强度的分布上,存储区和操作区合二为一,不同信息之间自然沟通,其处理也为大规模连续时间模式。
而存储知识的获得采用“联想”的办法。
这类似人类和动物的联想记忆,当一个神经网络输入一个激励时,它要在已存储的知识中寻找与输入匹配最好的存储知识为其解。
④人工神经网络(ANN)具有自学习、自组织、自适应能力。
大脑功能受先天因素的制约,但后天因素(如经历、学习和训练等)也起着重要作用。
ANN很好地模拟了人脑的这一特性。
如果最后的输出不正确,系统可以调整加到每个输入上去的权重以产生一个新的结果,这可以通过一定的训练算法来实现。
训练过程是复杂的,通过网络进行重复地输入数据,且每次都调整权重以改善结果,最终达到所希望的输出。
在训练过程中网络便得到了经验。
理论研究表明,选择合适的ANN能够实现任何连续映射,通过对样本的学习,ANN表现出分类、概括和联想的能力。
人工神经网络(Artificial Neural Networks,ANNs),也简称为神经网络(NNs),是模拟生物神经网络进行信息处理的一种数学模型。
它以对大脑的生理研究成果为基础,其目的在于模拟大脑的某些机理与机制,实现一些特定的功能。
目前,人工神经网络已应用于很多领域。
本章主要对人工神经网络的基本理论做一个全面简要的介绍。
4.神经网络的发展意义:以神经网络研究为开端,整个学术界对计算的概念和作用有了新的认识和提高。
计算并不局限于数学中,并不仅仅采用逻辑的、离散的形式,而且大量的运算表现在对模拟量的并行计算。
对于后一类计算,传统的计算机无法施展其威力。
神经网络的数学理论本质上是非线性的数学理论,因此,现代非线性科学方面的进展必将推动神经网络的研究,同时,神经网络理论也会对非线性科学提出新课题。
神经网络研究的对象是神经系统,这是高度进化的复杂系统,也是系统科学中一个重要的具体领域。
神经网络研究不仅重视系统的动态特性,而且强调事件和信息在系统内部的表达和产生。
5.神经网络的应用:近些年来神经网络在众多领域得到了广泛的运用。