神經網路的演算法流程

1. BP神經演算法是什麼能給點既通俗易懂又比較詳細的回答嗎

BP（Back Propagation）網路是1986年由Rumelhart和McCelland為首的科學家小組提出，是一種按誤差逆傳播演算法訓練的多層前饋網路，是目前應用最廣泛的神經網路模型之一。BP網路能學習和存貯大量的輸入-輸出模式映射關系，而無需事前揭示描述這種映射關系的數學方程。它的學習規則是使用最速下降法，通過反向傳播來不斷調整網路的權值和閾值，使網路的誤差平方和最小。BP神經網路模型拓撲結構包括輸入層（input）、隱層(hide layer)和輸出層(output layer)。

BP神經網路演算法是在BP神經網路現有演算法的基礎上提出的，是通過任意選定一組權值，將給定的目標輸出直接作為線性方程的代數和來建立線性方程組，解得待求權，不存在傳統方法的局部極小及收斂速度慢的問題，且更易理解。
1 傳統的BP演算法簡述
BP演算法是一種有監督式的學習演算法，其主要思想是：輸入學習樣本，使用反向傳播演算法對網路的權值和偏差進行反復的調整訓練，使輸出的向量與期望向量盡可能地接近，當網路輸出層的誤差平方和小於指定的誤差時訓練完成，保存網路的權值和偏差。具體步驟如下： （1）初始化，隨機給定各連接權［w］,［v］及閥值θi，rt。 （2）由給定的輸入輸出模式對計算隱層、輸出層各單元輸出 bj＝f（■wijai-θj） ct＝f（■vjtbj－rt） 式中：bj為隱層第j個神經元實際輸出；ct為輸出層第t個神經元的實際輸出；wij為輸入層至隱層的連接權；vjt為隱層至輸出層的連接權。 dtk＝（ytk－ct）ct（1－ct） ejk＝［■dtvjt］ bj（1－bj） 式中：dtk為輸出層的校正誤差；ejk為隱層的校正誤差。 （3）計算新的連接權及閥值，計算公式如下： vjt（n＋1）＝vjt（n）＋?琢dtkbj wij（n＋1）＝wij（n）＋?茁ejkaik rt（n＋1）＝rt（n）＋?琢dtk θj（n＋1）=θj（n）＋?茁ejk 式中：?琢，?茁為學習系數（0＜?琢＜1，0＜?茁＜1）。 （4）選取下一個輸入模式對返回第2步反復訓練直到網路設輸出誤差達到要求結束訓練。 傳統的BP演算法，實質上是把一組樣本輸入/輸出問題轉化為一個非線性優化問題，並通過負梯度下降演算法，利用迭代運算求解權值問題的一種學習方法，但其收斂速度慢且容易陷入局部極小，為此提出了一種新的演算法，即高斯消元法。
2 改進的BP網路演算法
2．1 改進演算法概述 此前有人提出：任意選定一組自由權，通過對傳遞函數建立線性方程組，解得待求權。本文在此基礎上將給定的目標輸出直接作為線性方程等式代數和來建立線性方程組，不再通過對傳遞函數求逆來計算神經元的凈輸出，簡化了運算步驟。沒有採用誤差反饋原理，因此用此法訓練出來的神經網路結果與傳統演算法是等效的。其基本思想是：由所給的輸入、輸出模式對通過作用於神經網路來建立線性方程組，運用高斯消元法解線性方程組來求得未知權值，而未採用傳統BP網路的非線性函數誤差反饋尋優的思想。 2．2 改進演算法的具體步驟 對給定的樣本模式對，隨機選定一組自由權，作為輸出層和隱含層之間固定權值，通過傳遞函數計算隱層的實際輸出，再將輸出層與隱層間的權值作為待求量，直接將目標輸出作為等式的右邊建立方程組來求解。 現定義如下符號（見圖1）：x （p）輸入層的輸入矢量；y （p）輸入層輸入為x （p）時輸出層的實際輸出矢量；t （p）目標輸出矢量；n，m，r分別為輸入層、隱層和輸出層神經元個數；W為隱層與輸入層間的權矩陣；V為輸出層與隱層間的權矩陣。具體步驟如下： （1）隨機給定隱層和輸入層間神經元的初始權值wij。 （2）由給定的樣本輸入xi（p）計算出隱層的實際輸出aj（p）。為方便起見將圖1網路中的閥值寫入連接權中去，令：隱層閥值θj＝wnj，x（n）＝－1，則： aj（p）=f（■wijxi（p）） （j＝1，2…m－1）。 （3）計算輸出層與隱層間的權值vjr。以輸出層的第r個神經元為對象，由給定的輸出目標值tr（p）作為等式的多項式值建立方程，用線性方程組表示為： a0（1）v1r+a1（1）v2r+…+am（1）vmr=tr（1）a0（2）v1r+a1（2）v2r+…+am（2）vmr=tr（2） ……a0（p）v1r+a1（p）v2r+…+am（p）vmr=tr（p） 簡寫為： Av＝T 為了使該方程組有唯一解，方程矩陣A為非奇異矩陣，其秩等於其增廣矩陣的秩，即：r（A）＝r（A┊B），且方程的個數等於未知數的個數，故取m＝p，此時方程組的唯一解為： Vr＝［v0r，v2r，…vmr］（r＝0，1，2…m－1） （4）重復第三步就可以求出輸出層m個神經元的權值，以求的輸出層的權矩陣加上隨機固定的隱層與輸入層的權值就等於神經網路最後訓練的權矩陣。
3 計算機運算實例
現以神經網路最簡單的XOR問題用VC編程運算進行比較（取神經網路結構為2－4－1型），傳統演算法和改進BP演算法的誤差（取動量因子α＝0．001 5，步長η＝1．653）

2. SRCNN小結

       最近要學做一些關於低劑量重建得工作，花了兩天時間專門看了一下SRCNN[1]的論文，以下是自己學習的一些總結。

    首先，SRCNN的網路結構如下：

    SRCNN是一個用於圖像圖像超分辨的CNN網路，也是用CNN做超分辨的開山之作。在原文中，作者設計了一個三層的全卷積神經網路。SRCNN演算法流程如下：

    1.首先對輸入的低解析度的圖像使用雙三次插值放大至目標尺寸。

    2.將低解析度圖像輸入三層卷積神經網路。

    在SRCNN的訓練過程中，作者採用平均均方差（MSE：mean squared error）來作為損失函數，並且為了在訓練過程中避免邊界效應，並未對圖像桐悉鋒進行填充。在訓練過程中前兩層的學習率設為0.0001，最後一層學習率為0.00001。在訓練過程中，圖片採用的是YCbCr格式的圖像，並只對Y通道的圖像進行超分辨局晌處理，因此輸入的通道數c=1。通過對比不同的數據集陸喊以及網路結構，作者得到如下結論。

    1.大量的數據集會對訓練的結果有一定提升作用，但提升作用不像其他視覺任務那樣明顯。

    2.增加網路的寬度（filter數量）會顯著的提升訓練結果。    

    3.增加filter的size可以收集更豐富的結構信息，從而得到更好的結果。

    4.增加網路層數不會對結果有明顯的提升作用，反而會增加訓練的難度。

    5.在RGB圖像上實現最好的效果，與單通道（Y-only）相比提升並不明顯。加入CrCb反而不利於訓練。

3. 神經網路——BP演算法

對於初學者來說，了解了一個演算法的重要意義，往往會引起他對演算法本身的重視。BP(Back Propagation，後向傳播)演算法，具有非凡的歷史意義和重大的現實意義。

1969年,作為人工神經網路創始人的明斯基(Marrin M insky)和佩珀特(Seymour Papert)合作出版了《感知器》一書,論證了簡單的線性感知器功能有限,不能解決如「異或」(XOR )這樣的基本問題,而且對多層網路也持悲觀態度。這些論點給神經網路研究以沉重的打擊,很多科學家紛紛離開這一領域,神經網路的研究走向長達10年的低潮時期。[1]

1974年哈佛大學的Paul Werbos發明BP演算法時，正值神經外網路低潮期，並未受到應有的重視。[2]

1983年，加州理工學院的物理學家John Hopfield利用神經網路，在旅行商這個NP完全問題的求解上獲得當時最好成績，引起了轟動[2]。然而,Hopfield的研究成果仍未能指出明斯基等人論點的錯誤所在,要推動神經網路研究的全面開展必須直接解除對感知器——多層網路演算法的疑慮。[1]

真正打破明斯基冰封魔咒的是，David Rumelhart等學者出版的《平行分布處理:認知的微觀結構探索》一書。書中完整地提出了BP演算法,系統地解決了多層網路中隱單元連接權的學習問題,並在數學上給出了完整的推導。這是神經網路發展史上的里程碑，BP演算法迅速走紅，掀起了神經網路的第二次高潮。[1,2]

因此，BP演算法的歷史意義：明確地否定了明斯基等人的錯誤觀點，對神經網路第二次高潮具有決定性意義。

這一點是說BP演算法在神經網路領域中的地位和意義。

BP演算法是迄今最成功的神經網路學習演算法，現實任務中使用神經網路時，大多是在使用BP演算法進行訓練[2],包括最近炙手可熱的深度學習概念下的卷積神經網路(CNNs)。

BP神經網路是這樣一種神經網路模型，它是由一個輸入層、一個輸出層和一個或多個隱層構成，它的激活函數採用sigmoid函數，採用BP演算法訓練的多層前饋神經網路。

BP演算法全稱叫作誤差反向傳播(error Back Propagation，或者也叫作誤差逆傳播)演算法。其演算法基本思想為：在2.1所述的前饋網路中，輸入信號經輸入層輸入，通過隱層計算由輸出層輸出，輸出值與標記值比較，若有誤差，將誤差反向由輸出層向輸入層傳播，在這個過程中，利用梯度下降演算法對神經元權值進行調整。

BP演算法中核心的數學工具就是微積分的 鏈式求導法則 。

BP演算法的缺點，首當其沖就是局部極小值問題。

BP演算法本質上是梯度下降，而它所要優化的目標函數又非常復雜，這使得BP演算法效率低下。

[1]、《BP演算法的哲學思考》，成素梅、郝中華著

[2]、《機器學習》，周志華著

[3]、 Deep Learning論文筆記之（四）CNN卷積神經網路推導和實現

2016-05-13 第一次發布

2016-06-04 較大幅度修改，完善推導過程，修改文章名

2016-07-23 修改了公式推導中的一個錯誤，修改了一個表述錯誤

4. 深度神經網路具體的工作流程是什麼樣的

第一，深度神經網路不是黑盒，個人電腦開機直到神經網路運行在內存中的每一比特的變化都是可以很細微的觀察的。沒有任何神秘力量，沒有超出科學解釋的現象發生。第二，深度神經網路的工作方式是基於傳統的電腦架構之上的，就是數據+演算法。但人們確實從中窺探到了一種全新的電子大腦方式。所以目前有研究提煉一些常用神經網路演算法加速硬體。微軟等巨頭則在開發量子計算。第三，深度神經網路是一個很初級的特徵自動提取器。說初級因豎握為簡單粗暴。以前為了節約算力特徵關鍵模型都是人工親團纖銀自設定。而現在這部分塌宴工作隨著算力的提高可以自動化。所以從某種意義上來說深度神經網路也是一種自動編程機，但和人們相比，一點點小小的自動化都需要很多很多的計算力支持，這一點也不重要，重要的是，它能工作(手動英文)。那麼深度神經網路究竟是什麼呢？它是一個能迭代更新自己的特徵提取演算法。現在這個演算法可是像全自動高級工廠，數據往裡一丟，不得了！整個工廠裡面所有機器都動了起來。沒見過的小夥伴當場就被嚇呆瓜了，用流行的話說叫懵住。幾千隻機械手把數據搬來搬去，拿出魔方一樣的盒子裝來裝去又倒出來。整個場面就叫一個震撼。演算法運行規模也更大了。

5. 深度學習中的神經網路編寫需要設計到哪些演算法

涉及到的演算法有很多，比如反向傳播演算法、前向傳播、卷積演算法、矩陣遠點的演算法、梯度優化的演算法、評估演算法等等。單純用演算法來描述過於籠統，一般都是直接用對應的數學原理和公式去描述神經網路的編寫過程的。首先，定義網路結構，諸如神經元個數、隱層數目、權重、偏置等，其次根據梯度下降進行前向傳播，再次反向傳播更新梯度，最後是循環往復直到網路最優。

6. 一般來說神經網路演算法的第一步

一般來說，神經網路演算法的第一步是學習。在這個過程中，神經網路需要擾棚耐不斷 突觸的數值，以便改進演算法表現，更好地完成分配給它的任務。

具有大規模並行處理、分布式信息存儲、良好的自組織自學緩春習能力等特點。BP（Back Propagation）演算法又稱為誤差 反向傳播演算法，是人工神經網路中的一種監督式的學習演算法。

BP 神經網路演算法在理論上可以逼近任意函數，基本的結構由非線性變化單元組成，具有很強的非線性映射能力。

而且網路的中間層數、各層的處理單元數及網路的學習系數等參數可根據具體情況設定，靈活性很大，在優化、信號處理與模式識別、智能控制、故障診斷等許 多領域都有著廣泛的應用前景。

人工神經元的研究起源於腦神經元學說。19世紀末，在生物、生理學領域，Waldeger等人創建了神經元學說。人們認識到復雜的神經系統是由數目繁多的神經元組合而成。

7. 神經網路的具體演算法

神經網路和粗集理論是智能信息處理的兩種重要的方法,其任務是從大量觀察和實驗數據中獲取知識、表達知識和推理決策規則。粗集理論是基於不可分辯性思想和知識簡化方法,從數據中推理邏輯規則,適合於數據簡化、數據相關性查找、發現數據模式、從數據中提取規則等。神經網路是利用非線性映射的思想和並行處理方法,用神經網路本身的結構表達輸入與輸出關聯知識的隱函數編碼,具有較強的並行處理、逼近和分類能力。在處理不準確、不完整的知識方面,粗集理論和神經網路都顯示出較強的適應能力,然而兩者處理信息的方法是不同的,粗集方法模擬人類的抽象邏輯思維,神經網路方法模擬形象直覺思維,具有很強的互補性。
首先,通過粗集理論方法減少信息表達的屬性數量,去掉冗餘信息,使訓練集簡化,減少神經網路系統的復雜性和訓練時間;其次利用神經網路優良的並行處理、逼近和分類能力來處理風險預警這類非線性問題,具有較強的容錯能力;再次,粗集理論在簡化知識的同時,很容易推理出決策規則,因而可以作為後續使用中的信息識別規則,將粗集得到的結果與神經網路得到的結果相比較,以便相互驗證;最後,粗集理論的方法和結果簡單易懂,而且以規則的形式給出,通過與神經網路結合,使神經網路也具有一定的解釋能力。因此,粗集理論與神經網路融合方法具有許多優點,非常適合處理諸如企業戰略風險預警這類非結構化、非線性的復雜問題。

關於輸入的問題--輸入模塊。
這一階段包括初始指標體系確定，根據所確定的指標體系而形成的數據採集系統及數據預處理。企業戰略風險的初始評價指標如下：
企業外部因素：政治環境(法律法規及其穩定性)，經濟環境（社會總體收入水平，物價水平，經濟增長率），產業結構（進入產業障礙，競爭對手數量及集中程度），市場環境（市場大小）。
企業內部因素：企業盈利能力（銷售利潤率，企業利潤增長率），產品競爭能力（產品銷售率，市場佔有率），技術開發能力（技術開發費比率，企業專業技術人才比重），資金籌措能力（融資率）,企業職工凝聚力（企業員工流動率），管理人才資源，信息資源；戰略本身的風險因素（戰略目標，戰略重點，戰略措施，戰略方針）。
本文所建立的預警指標系統是針對普遍意義上的企業，當該指標系統運用於實際企業時，需要對具體指標進行適當的增加或減少。因為各個企業有其具體的戰略目標、經營活動等特性。
計算處理模塊。這一模塊主要包括粗集處理部分和神經網路處理部分。
粗集處理階段。根據粗集的簡化規則及決策規則對數據進行約簡，構造神經網路的初始結構，便於神經網路的訓練。
企業戰略風險分析需要解決的問題是在保證對戰略風險狀態評價一致的情況下,選擇最少的特徵集,以便減少屬性維數、降低計算工作量和減少不確定因素的影響,粗集理論中的屬性約簡演算法可以很好地解決這個問題。

然後是輸出模塊~
該模塊是對將發生的戰略風險問題發出警報。
按照戰略風險大小強弱程度的不同，可將其分為三個層次。第一層次是輕微戰略風險，是損失較小、後果不甚明顯，對企業的戰略管理活動不構成重要影響的各類風險。這類風險一般情況下無礙大局，僅對企業形成局部和微小的傷害。第二層次是一般戰略風險，是損失適中、後果明顯但不構成致命性威脅的各類風險。這類風險的直接後果使企業遭受一定損失，並對其戰略管理的某些方面帶來較大的不利影響或留有一定後遺症。第三層次是致命性戰略風險，指損失較大，後果嚴重的風險。這類風險的直接後果往往會威脅企業的生存，導致重大損失，使之一時不能恢復或遭受破產。在實際操作中，每個企業應根據具體的狀況，將這三個層次以具體的數值表現出來。

下面回答你的問題：

總的來說，神經網路輸入的是初始指標體系；輸出的是風險。

你所說的風險應該說屬於輸出范疇，具體等級分為三級:無警、輕警、重警，並用綠、黃、紅三種顏色燈號表示。其中綠燈區表示企業綜合指標所反映的實際運行值與目標值基本一致，運行良好;黃燈區表示企業綜合指標所反映的實際運行值與目標值偏離較大，要引起企業的警惕。若採取一定的措施可轉為綠燈區，若不重視可在短期內轉為紅燈區;紅燈區則表示這種偏離超過企業接受的可能，並給企業帶來整體性的重大損失。例如:銷售利潤率極低、資產負債率過高，資源配置不合理、缺乏發展後勁等，必須找出原因，繼而採取有效措施，使企業的戰略管理活動始終處於「安全」的狀態。

希望以上答案能夠幫到你，祝你好運~