深度學習入門系列:感知機-多層感知機演變

1、感知機

感知機

? ? ? ?感知機接收多個輸入信號,輸出一個信號,上圖是一個接收兩個輸入信號的感知機的例子。 x1、 x2是輸入信號,y是輸出信號, w1、 w2是權重(w是weight的首字母)。圖中的○稱為“神經元”或者“節點”。輸入信號被送往神經元時,會被分別乘以固定的權重(w1x1、 w2x2)。神經元會計算傳送過來的信號的總和,只有當這個總和超過了某個界限值時,才會輸出1。這也稱為“神經元被激活” 。這里將這個界限值稱為閾值,用符號 θ表示。

? ? ? 上述內容可以使用如下數據公式表示:

感知機表達式

2、感知機應用-邏輯門電路


邏輯與門電路

與門是有兩個輸入和一個輸出的門電路,與門僅在兩個輸入均為1時輸出1,其他時候則輸出0。輸入信號和輸出信號的對應的“真值表”如下:

與門真值表

考慮用感知機來表示這個與門,確定能滿足圖上真值表的 w1、 w2、 θ的值。當

(w1, w2, θ) = (0.5, 0.5, 0.7) 或(w1, w2, θ)=(0.5, 0.5, 0.8)都滿足與門的條件。

3、感知機變形-權重和偏置

把 (w1, w2, θ)中的θ換成-b,于是就可以用如下公式來表示感知機的行為。

權重偏置感知機表達式

雖然有一個符號不同,但表達的內容是完全相同的。此處, b稱為偏置, w1和w2稱為權重。感知機通過公式可以實現與門邏輯關系,是否其他數字電子鐘的邏輯門也可以實現尼?

4、異或門引出感知機缺陷


異或門

異或門僅當x1或x2中的一方為1時,才會輸出1。真值表如下:

真值表

能否通過上述數據公式實現異或門尼?

下面通過畫圖分析觀察

與門:

與門坐標系繪圖

與門在坐標系上的圖像如上,可以通過一條直線將結果分開

異或門:


異或門

異或門無法通過直線將結果分開,可以通過曲線分開


曲線分割異或門結果

參照上面與門數學公式可以看出,感知機的局限性就在于它只能表示由一條直線分割的空間。異或門彎曲的曲線無法用感知機表示。

5、異或門彎曲曲線如何實現-多層感知機

異或門

數字電路中異或門可以通過組合與門、與非門、或門實現異或門

上圖中把s1作為與非門的輸出,把s2作為或門的輸出,填入真值表中。觀察x1、 x2、 y,可以發現確實符合異或門的輸出。

異或門真值表

下面試著用感知機的表示方法(明確地顯示神經元)來表示這個異或門,如下圖:

2層感知機

? ? ? 上圖中將最左邊的一列稱為第0層,中間的一列稱為第1層,最右邊的一列稱為第2層。與門、或門是單層感知機,而異或門是2層感知機。疊加了多層的感知機也稱為多層感知機。

? ? ? ? 在2層感知機中,先在第0層和第1層的神經元之間進行信號的傳送和接收,然后在第1層和第2層之間進行信號的傳送和接收,該運行過程可以比作流水線的組裝作業。第1段(第1層)的工人對傳送過來的零件進行加工,完成后再傳送給第2段(第2層)的工人。第2層的工人對第1層的工人傳過來的零件進行加工,完成這個零件后出貨(輸出)。

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