神经网络基础知识ppt课件.ppt
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1、第二第二节 神神经网网络基基础知知识p生物神经元p人工神经元模型p人工神经网络模型5/26/20241.神神经生理学和神生理学和神经解剖学的研究解剖学的研究结果果表明,神表明,神经元元(Neuron)是是脑组织的基本的基本单元,是人元,是人脑信息信息处理系理系统的最小的最小单元。元。p生物神生物神经元元p生物神生物神经网网络2.1人工神人工神经网网络的生物学基的生物学基础5/26/20242.2.1.1生物神生物神经元元 生物神生物神经元在元在结构上由构上由:细胞体胞体(Cell body)、树突突(Dendrite)、轴突突(Axon)、突触突触(Synapse)四部分四部分组成。用来完成成
2、。用来完成神神经元元间信息的接收、信息的接收、传递和和处理。理。人人工工神神经网网络的的生生物物学学基基础5/26/20243.人人工工神神经网网络的的生生物物学学基基础5/26/20244.2.1.2 生物神生物神经元的信息元的信息处理机理理机理二二信信息息的的传递与与接接收收人人工工神神经网网络的的生生物物学学基基础5/26/20245.2.1.3 生物神生物神经网网络 由多个生物神由多个生物神经元以确定方式和拓扑元以确定方式和拓扑结构构 相互相互连接即形成生物神接即形成生物神经网网络。生物神生物神经网网络的功能不是的功能不是单个神个神经元信息元信息 处理功能的理功能的简单叠加。叠加。神神
3、经元之元之间的突触的突触连接方式和接方式和连接接强度不度不 同并且具有可塑性,同并且具有可塑性,这使神使神经网网络在宏在宏观 呈呈现出千出千变万化的复万化的复杂的信息的信息处理能力。理能力。人人工工神神经网网络的的生生物物学学基基础5/26/20246.2.2人工神人工神经元模型元模型5/26/20247.2.2.1神神经元的建模元的建模神神经元元的的人人工工模模型型5/26/20248.假假设1:多:多输入入单输出出p图(a)表明,正如生物神表明,正如生物神经元有元有许多激励多激励输入一祥,入一祥,人工神人工神经元也元也应该有有许多的的输入信号,信号,图中每个中每个输入的大小用确定数入的大小
4、用确定数值xi表示,它表示,它们同同时输入神入神经元元j,神,神经元的元的单输出用出用oj表示。表示。神神经元元的的人人工工模模型型5/26/20249.假假设2:输入入类型:型:兴奋性和抑制性性和抑制性p生物神生物神经元具有不同的突触性元具有不同的突触性质和突触和突触强度,其度,其对输入的影响是使有些入的影响是使有些输入在神入在神经元元产生脉冲生脉冲输出出过程中程中所起的作用比另外一些所起的作用比另外一些输入更入更为重要。重要。图(b)中中对神神经元的每一个元的每一个输入都有一个加入都有一个加权系数系数wij,称,称为权重重值,其正其正负模模拟了生物神了生物神经元中突触的元中突触的兴奋和抑制
5、,其和抑制,其大小则代表了突触的不同代表了突触的不同连接接强度。度。神神经元元的的人人工工模模型型5/26/202410.假假设3:空:空间整合特性和整合特性和阈值特性特性p作作为ANN的基本的基本处理理单元,必元,必须对全部全部输入信号入信号进行行整合,以确定各整合,以确定各类输入的作用入的作用总效果,效果,图(c)表示表示组合合输人信号的人信号的“总和和值”,相,相应于生物神于生物神经元的膜元的膜电位。位。神神经元激活与否取决于某一元激活与否取决于某一阈值电平,即只有当其平,即只有当其输入入总和超和超过阈值时,神神经元才被激活而元才被激活而发放脉冲放脉冲,否否则神神经元不会元不会产生生输出
6、信号。出信号。神神经元元的的人人工工模模型型5/26/202411.神神经元的元的输出出p图(d)人人工工神神经元元的的输出出也也同同生生物物神神经元元一一样仅有有一一个个,如如用用oj表表示示神神经元元输出出,则输出出与与输入入之之间的的对应关关系系可可用用图(d)中中的的某某种种非非线性性函函数数来来表表示示,这种种函函数一般都是非数一般都是非线性的。性的。神神经元元的的人人工工模模型型5/26/202412.神神经元模型示意元模型示意图神神经元元的的人人工工模模型型5/26/202413.2.2.2神神经元的数学模型元的数学模型ij 输入入输出出间的突触的突触时延;延;Tj 神神经元元j
7、的的阈值;wij 神神经元元i到到 j 的突触的突触连接系数或称接系数或称 权重重值;f()神神经元元转移函数。移函数。(2.2)神神经元元的的人人工工模模型型(2.1)5/26/202414.(2.3)netj=WjTX Wj=(w1 w2 wn)T X=(x1 x2 xn)T 令令 x0=-1,w0=Tj 则有有 -Tj=x0w0(2.4)2.2.2神神经元的数学模型元的数学模型神神经元元的的人人工工模模型型5/26/202415.(2.5)oj=f(netj)=f(WjTX)(2.6)2.2.2神神经元的数学模型元的数学模型神神经元元的的人人工工模模型型5/26/202416.2.2.3
8、神神经元的元的转移函数移函数 神神经元各种不同数学模型的主要区元各种不同数学模型的主要区别在于采用了不同的在于采用了不同的转移函数,从而使神移函数,从而使神经元具有不同的信息元具有不同的信息处理特性。最常用理特性。最常用的的转移函数有移函数有4种形式。种形式。神神经元元的的人人工工模模型型5/26/202417.(1)阈值型型转移函数移函数 1 x0f(x)=(2.7)0 x02.2.3神神经元的元的转移函数移函数神神经元元的的人人工工模模型型5/26/202418.(2)非非线性性转移函数移函数2.2.3神神经元的元的转移函数移函数神神经元元的的人人工工模模型型 Log-sigmoid对数正
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