体验神经网络

题外话:达到目标的路径选择问题

目标:做一名优秀(了解汽车)的老司机。

1、科班出身的同志先学原理,了解汽车的发动机设计,驱动原理等诸多知识后,再上路积累驾驶经验。过程往往是0-优秀-老,而从零点到目标的曲线可能(也是自认为)是指数型的;

2、乡野痞夫因为文化底子差,好一点的去驾校学习,差一点的直接模仿各种司机前辈,上手就开。在开的过程中啥时候车子坏了,再去学发动机是咋回事,是不是缺水了,是不是以前的开车方法让车磨损的太厉害了等等。过程往往是0-老-优秀。其曲线复杂多变,姑且认为是线性的吧。

就这个目标“做一名优秀(了解汽车)的老司机”而言,没有孰好孰坏,适应自己的方式就是好的。

而在机器学习方面,我就是后者——乡野痞夫。但这丝毫不影响我当上帝的梦想。

体验神经网络:我们来当“上帝”

下面来到Google发布的Tensorflow游乐场,在这里我将其中的示例与西瓜书相结合来进行具体说明。这个过程中请自行体会当“上帝”的乐趣。

0、前提共识:

条件一:X1和X2对应西瓜的“颜色”和“形状”两个属性。

条件二:蓝色的点表示好瓜,橙色的点表示坏瓜。

条件三:现有的点表示已知的训练数据和测试数据,若对两种集合概念分不太清,姑且认为都是训练数据吧。

目标:随机出现一个新西瓜,判断该瓜是好瓜还是坏瓜。即:在平面中随意位置出现新点(颜色未知),判断出该点应该是橙色还是蓝色。

1、无隐含层网络,俗称一根筋(感知机)。

选择左下的数据模型。若只看X1属性(颜色)。这种情况几乎没有逻辑可言,训练过程就是不断微调垂直于x轴的白线位置。

注:涉及到游乐场操作的,建议尽可能关注达到目标的过程


单一属性,无隐含层(感知机)

如果只有单一属性,无论X1还是X2,都会有几个点在白线附近。那么我们以两种属性作为输入,同时选中X1和X2,发现之前的分界线倾斜了,这也就解决了模棱两可的那些点。在这种数据条件下,当出现新点时,判断该点在直线的哪一侧就能得到结果。这都属于线性可分问题,在第三章(线性模型)中我们已经有所接触。

但是问题往往不是这么简单,如果选择右上方的数据集进行训练呢?此时只有X1和X2两种独立的特征作为输入,会发现脑袋(输出)里一片模糊,得不到清晰的结果。也就是说一旦问题不是线性可分的,那么“一根筋”的人就搞不定了。这时候就需要多想一层。

2、多层网络

要解决非线性可分问题,需要考虑使用多层功能神经元,即在输入输出层之外再加入中间层,这个中间层也叫隐含层。隐含层可以是一到多层,当隐含层很多时,这时的神经网络就是深度神经网络(城府极深)。先来看一种情况,有心眼,没文化。


有心眼,没文化

注意这种人想事情的过程!既然我是上帝,干脆对其进行教育升级,扩宽知识的广度,将每层的神经元扩展至4,看看结果。以上两种情况多试几次,就会发现一句名言“流氓不可怕,就怕流氓有文化”。

其实聪明如你,已经发现了在输入层有X1*X2这种属性,如果直接将其选择为参考条件,这个问题岂不是很容易。没错,初始属性的确越多越好,但问题在于“属性提取”这件事并不简单。比如给你猫和狗两种图片,提取什么样的属性呢?

带着这个问题我们来看在“游乐场”中最复杂的一种数据模型(右下)。类比为真实世界中要做一件“大事”。

要做大事,就要有准备充分,我毫不吝啬的把所有属性都提取了出来,然后自信满满的只用一层隐含层,含8个神经元。


资源丰富-非富即贵

干的漂亮!但不要高兴的太早,之前的问题呢?属性提取!我们老百姓没能力提取所有的属性,手上只有X1和X2两种信息怎么办。白手起家可以成大事吗?答案当然是YES!但是需要脑子足够好使,付出足够多的努力,掌握知识面足够广并且理解还要足够深。来吧,我们来创造这样的人!

2个特征,6层隐含层,每层8个神经元,开始计算。。。


白手起家-成就大事

大家有时间可以去Tensorflow游乐场玩一玩,自己体验神经网络的计算过程,也是可以将其发散为自己思考问题,甚至达到人生目标的过程。其中各种可调参数我就不一一列举了。

最后一点:神经网络,顾名思义!和人类大脑的工作过程相当吻合。只是机器计算的过程屏蔽掉了人性的弱点,遵循自己的铁律周而复始的运算。但是!机器也缺少了人性的优点,死气沉沉,毫无人性!

关于大脑工作过程和神经网络更详细的内容,请参考一起来读西瓜书:第五章 神经网络

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