反向传播算法

Posted 2022-02-12 Rleona

反向传播算法

介绍

  反向传播算法，简称BP算法，适合于多层神经元网络的一种学习算法，它建立在梯度下降法的基础上。BP网络的输入输出关系实质上是一种映射关系：一个n输入m输出的BP神经网络所完成的功能是从n维欧氏空间向m维欧氏空间中一有限域的连续映射，这一映射具有高度非线性。它的信息处理能力来源于简单非线性函数的多次复合，因此具有很强的函数复现能力。这是BP算法得以应用的基础。

  反向传播算法主要由两个环节(激励传播、权重更新)反复循环迭代，直到网络的对输入的响应达到预定的目标范围为止。
BP算法的学习过程由正向传播过程和反向传播过程组成。在正向传播过程中，输入信息通过输入层经隐含层，逐层处理并传向输出层。如果在输出层得不到期望的输出值，则取输出与期望的误差的平方和作为目标函数，转入反向传播，逐层求出目标函数对各神经元权值的偏导数，构成目标函数对权值向量的梯量，作为修改权值的依据，网络的学习在权值修改过程中完成。误差达到所期望值时，网络学习结束。

相关学习

  反向传播是神经网络学习的核心算法。

  相关符号

  梯度向量每一项的大小实在告诉大家，代价函数对于每个参数有多敏感

  每一个训练样本会对权重偏置的调整造成怎样的影响？
因为代价函数牵扯到，对成千万个训练样本的代价取平均值，所以我们调整每一步梯度下降用的权重偏置，也会基于所有的训练样本，原理上是这么说，但为了计算效率，从而不必每一步都非得要计算所有的训练样本，还要说明一点，

这个训练样本会对调整权重和偏置造成怎样的影响呢？
假设网络还没有完全训练好，那么输出层的激活值看起来就很随机，也许就会出现0.5等，并不能直接改动这些激活值，只能改变权重和偏置值，但记住想要输出层出现怎样的变动，还是很有用的，因为得到最终的分类结果是2，希望第三个输出值变大，其他数值变小

增加激活值，有三种方法：1.增加偏置2.增加权重3.改变上一层的激活值

如何调整权重：
各个权重的影响力各不相同，连接前一层最亮的神经元的权重，影响力也最大，因为这些权重会与大的激活值相乘，所以至少对于这一个训练样本而言，增大权重值，对最终代价函数造成的影响，就比增大连接暗淡神经元的权重所造成的影响，要大很多倍

反向传播算法算的是， 单个训练样本想怎样修改权重与偏置，不仅是说每个参数应该变大还是变小，还包括了这些变化的比例是多大，才能最快地降低代价，真正的梯度下降，得对好几万个训练范例都这么操作，然后对变化值取平均，这样算会很慢。
可以先把所有的样本分到各个的minibatch中去，计算一个minibatch来作为梯度下降的一步，计算每个minibatch的梯度，调整参数，不断循环，最终会收敛到代价函数的一个局部最小值上。

反向传播的微积分原理

例子：
每层只有一个神经元，由3个权重和3个偏置决定的

目标是理解代价函数对于这些变量有多敏感，这样就知道怎么调整这些变量，才可以使得代价降低的最快

相关视频：
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