自然语言处理-第四期-Word2Vec神经网络及反向传递

Posted 2021-04-12 好奇宝宝与机器学习

背景

上期提到来Bag of word，本期将开始介绍Word2Vec，Word2Vec 的skip Gram模型需要用到神经网络的模型。所以该篇将初步介绍神经网络。我的头条号第一篇文章就是通俗介绍神经网络，https://www.toutiao.com/i6566982498163622403/

本文将覆盖神经网络基础构成和最重要的反向传递

神经网络

今天将从结构上解释下神经网络。

从上面这个图，大家可以看出一个神经网络包括了几部分： 1. 层 2. 点 3. 线

层-神经网络层

神经网络分为：输入层、隐藏层和输出层。

输入层.是用来输入我们的训练数据的，输入层的结构当然是与我们的原始数据强相关；

输出层.是用来记录我们输出的结果的，输出层的结构是与我们预测的结果相关；

隐藏层.是用来处理和记忆我们处理的过程的。

上面神经网络层的解释，感觉是废话，但是结合下面的神经元及数据流向的解释 会变得更清晰

点-神经元

每个神经元就是一个计算处理的单元，其包括两部分1. 基础的线性方程 2. Acivation Function 激励函数

从上面这个图可以看出： 隐藏层第一个神经元对于输入值X1的处理如下：

1. W * 输入值 + b = 输出值

2. y = Activation（ 输出值）

其中第二步的激励函数是取决于模型的设置。这个激励函数的一个重要意义就是改变神经网络的线性倾向。

线-神经网络数据流转

总结下

还是这个图哈，其中线 表现的数据流转。从上图可以看出，第一层和第二层所有的神经元相互关联。

这样构建出的一个神经网络是什么呢？ 粗略的说，就是一个巨大的公式F(X). 这个F（X） 里面 既包含了基础的线性方程，也包含了激励函数。

如果我们只看一个神经元那么该公式可以表达为 y=F(W * X + b) .

神经网络有意思的地方就是，它有点像俄罗斯套娃，打开一个里面还有一个。

可以简单的将神经网络比喻成一个大的套娃，因为这个神经网络的输入值X，可能就是上一个神经元的Y。所以神经网络的公式可以变成：

y= F (b+ W*(F(b+ W * ( F (b+ W* (..........

当然实际情况比这复杂很多，因为涉及矩阵运算。但是我们可以从概念上这么简单理解。如果能这样理解，就能很容易理解反向传递。

Backpropogation （反向传递）

反向传递是神经网络非常重要的概念。如果大家理解了套娃的概念，理解起来就会变得很简单。

假设我们的神经网络特别简单，只有一个神经元，那么神经网络计算的结果如下：

y_神经网络预测 = F( W* X + b)

大家都知道神经网络需要训练，训练目的很简单就是要神经网络算出来的结果和实际结果相近，那么他们之前的差距就是：

loss（差距） = y_实际 - y_神经网络预测

loss（差距） = y_实际 - F（W* X + b)

由于X，y 是训练样本，即其不是变量。 那么以上公式的变量就是该神经元的参数 W ，b

那么，我们可以将公式画成类似下面的图。

那么，gradient descent（梯度下降） 就是在曲线上取切线，然后走一小步。 当取切线为0的时候，基本上就到达了local minimum（本地最小值）

对于多层的神经网络与单层的并没有本质的区别。 就和俄罗斯套娃，做了一层微积分可以，可以再做一层。 最终的结果都是 loss function 取决于每个神经元的参数。

总结下，反向传递就是在计算出初始的差异值后，取微积分，，然后调整参数的过程。backpropogation最终改变的是神经元的参数W，B

再通俗的理解下，我们一直听说神经网络学习，学的结果是什么呢？ 就是一点点的调整每个神经元里面的参数。

神经网络训练

我们从数据流向来理解下神经网络的训练过程：

正向：不论输入值是什么，神经网络会根据当前参数计算出一个结果。 并且计算出与实际结果的差异值；

逆向：通过对差异方程 做微积分，找到loss function 上的切线，并走一小步，调整神经元参数；

循环上述两个过程，最终训练的出的就是神经元参数。

下期预告

本期主要给大家介绍了神经网络，感觉纯文本讲不太清楚。 不过大家只要知道，神经网络是一个巨大的F（X），然后通过切线（类似于下山）的过程学习足够了。下一期将进入到Word2Vec部分。

原创码字，感兴趣的朋友请关注下～