9行Python代码搭建神经网络来掌握一些基本概念

简介: 这里的“用Python”指的就是不用那些现成的神经网络库比如Keras、Tensorflow等,本文会解释这个神经网络是怎样炼成的,也会提供一个加长版、但是也更漂亮的源代码。

这里的“用Python”指的就是不用那些现成的神经网络库比如Keras、Tensorflow等,否则连9行都不用了。

image

本文我会解释这个神经网络是怎样炼成的,所以你也可以搭建你自己的神经网络。也会提供一个加长版、但是也更漂亮的源代码。

不过首先,什么是神经网络?人脑总共有超过千亿个神经元细胞,通过神经突触相互连接。如果一个神经元被足够强的输入所激活,那么它也会激活其他神经元,这个过程就叫“思考”。

我们可以在计算机上创建神经网络,来对这个过程进行建模,且并不需要模拟分子级的生物复杂性,只要观其大略即可。为了简化起见,我们只模拟一个神经元,含有三个输入和一个输出。

image

我们将训练这个神经元来解决下面这个问题,前四个样本叫作“训练集”,你能求解出模式吗??处应该是0还是1呢?

image

或许已经发现了,输出总是与第一列的输入相等,所以?应该是1。

训练过程

问题虽然很简单,但是如何教会神经元来正确的回答这个问题呢?我们要给每个输入赋予一个权重,权重可能为正也可能为负。权重的绝对值,代表了输入对输出的决定权。在开始之前,我们先把权重设为随机数,再开始训练过程:

从训练集样本读取输入,根据权重进行调整,再代入某个特殊的方程计算神经元的输出。
计算误差,也就是神经元的实际输出和训练样本的期望输出之差。
根据误差的方向,微调权重。
重复10000次。

image

最终神经元的权重会达到训练集的最优值。如果我们让神经元去思考一个新的形势,遵循相同过程,应该会得到一个不错的预测。

计算神经元输出的方程

你可能会好奇,计算神经元输出的人“特殊方程”是什么?首先我们取神经元输入的加权总和:

image

image

image

为什么是这个方程?首先我们希望调整量与误差量成正比,然后再乘以输入(0-1)。如果输入为0,那么权重就不会被调整。最后乘以Sigmoid曲线的梯度,为便于理解,请考虑:

我们使用Sigmoid曲线计算神经元输出。
如果输出绝对值很大,这就表示该神经元是很确定的(有正反两种可能)。
Sigmoid曲线在绝对值较大处的梯度较小。
如果神经元确信当前权重值是正确的,那么就不需要太大调整。乘以Sigmoid曲线的梯度可以实现。

image

实际上也有其他让神经元学习更快的方程,这里主要是取其相对简单的优势。

构建Python代码

尽管我们不直接用神经网络库,但还是要从Python数学库Numpy中导入4种方法:

exp: 自然对常数
array: 创建矩阵
dot:矩阵乘法
random: 随机数
比如我们用array()方法代表训练集:

image

.T函数就是矩阵转置。我想现在可以来看看美化版的源代码了,最后我还会提出自己的终极思考。源代码中已经添加了注释逐行解释。注意每次迭代我们都一并处理了整个训练集,以下为完整的Python示例:

image

终极思考

(Kaiser:原文讲的是将代码写入本地main.py文件,再在终端中运行python main.py,这里只需点击运行即可。)

我们用Python打造了一个简单的神经网络。

首先神经网络给自己赋予随机的权重值,然后用训练集训练自己,最后去思考新的形势[1 0 0]并预测了0.99993704,这与正确答案非常接近。

传统的计算机程序无法学习,神经网络的最大魅力就在于学习能力,可以自主适应新形势,就像人的心智一样。当然,仅仅一个神经元只能完成特别简单的任务,但如果我们把上百万个如此的神经元连接起来呢?能否有朝一日制造出具有自我意识的东西?

原文发布时间为:2018-07-09
本文来自云栖社区合作伙伴“大数据挖掘DT机器学习”,了解相关信息可以关注“大数据挖掘DT机器学习

相关文章
|
6月前
|
存储 Java 数据处理
(numpy)Python做数据处理必备框架!(一):认识numpy;从概念层面开始学习ndarray数组:形状、数组转置、数值范围、矩阵...
Numpy是什么? numpy是Python中科学计算的基础包。 它是一个Python库,提供多维数组对象、各种派生对象(例如掩码数组和矩阵)以及用于对数组进行快速操作的各种方法,包括数学、逻辑、形状操作、排序、选择、I/0 、离散傅里叶变换、基本线性代数、基本统计运算、随机模拟等等。 Numpy能做什么? numpy的部分功能如下: ndarray,一个具有矢量算术运算和复杂广播能力的快速且节省空间的多维数组 用于对整组数据进行快速运算的标准数学函数(无需编写循环)。 用于读写磁盘数据的工具以及用于操作内存映射文件的工具。 线性代数、随机数生成以及傅里叶变换功能。 用于集成由C、C++
553 1
|
6月前
|
测试技术 Python
Python装饰器:为你的代码施展“魔法”
Python装饰器:为你的代码施展“魔法”
358 100
|
6月前
|
开发者 Python
Python列表推导式:一行代码的艺术与力量
Python列表推导式:一行代码的艺术与力量
535 95
|
6月前
|
缓存 Python
Python装饰器:为你的代码施展“魔法
Python装饰器:为你的代码施展“魔法
342 88
|
6月前
|
监控 机器人 编译器
如何将python代码打包成exe文件---PyInstaller打包之神
PyInstaller可将Python程序打包为独立可执行文件,无需用户安装Python环境。它自动分析代码依赖,整合解释器、库及资源,支持一键生成exe,方便分发。使用pip安装后,通过简单命令即可完成打包,适合各类项目部署。
1214 68
|
7月前
|
机器学习/深度学习 传感器 算法
【无人车路径跟踪】基于神经网络的数据驱动迭代学习控制(ILC)算法,用于具有未知模型和重复任务的非线性单输入单输出(SISO)离散时间系统的无人车的路径跟踪(Matlab代码实现)
【无人车路径跟踪】基于神经网络的数据驱动迭代学习控制(ILC)算法,用于具有未知模型和重复任务的非线性单输入单输出(SISO)离散时间系统的无人车的路径跟踪(Matlab代码实现)
500 2
|
6月前
|
机器学习/深度学习 数据采集 存储
概率神经网络的分类预测--基于PNN的变压器故障诊断(Matlab代码实现)
概率神经网络的分类预测--基于PNN的变压器故障诊断(Matlab代码实现)
977 0
|
7月前
|
数据采集 机器学习/深度学习 人工智能
Python:现代编程的首选语言
Python:现代编程的首选语言
1146 102
|
7月前
|
数据采集 机器学习/深度学习 算法框架/工具
Python:现代编程的瑞士军刀
Python:现代编程的瑞士军刀
448 104
|
7月前
|
人工智能 自然语言处理 算法框架/工具
Python:现代编程的首选语言
Python:现代编程的首选语言
350 103

推荐镜像

更多
下一篇
开通oss服务