搭建浅层神经网络模型步骤总结

港控/mmm° 2023-07-08 09:02 12阅读 0赞

### 搭建浅层神经网络模型步骤总结 ###

*   *   *   *   *  1. 构建数据集
                 *  2. 初始化4个变量
                 *  3. 网络参数W和b的初始化
                 *  4. 正向传播 (FP)
                 *  5. 损失函数
                 *  6. 反向传播 (BP)
                 *  7. 根据梯度下降法对网络参数进行更新
                 *  8. 循环迭代

##### 1. 构建数据集 #####

##### 2. 初始化4个变量 #####

- 确定样本个数
       - 输入层神经元的个数 (样本的特征个数)
       - 隐藏层神经元的个数
       - 输出层神经元的个数

##### 3. 网络参数W和b的初始化 #####

其中，神经网络的层数(除输入层)决定初始化参数W和b的对数。(此处以2层为例);
     各参数的shape总结如下:
           -  W1：(下一层神经元的个数，样本个数)
           - b1 ：(下一层神经元的个数，1)
           - W2：(下一层神经元的个数，上一层神经元的个数)
           - b2 ：(下一层神经元的个数，1)

注意：初始化赋值时，b 一般全部初始化为 0 即可，但是 W 不能全部初始化为 0，初始化的方法是使用numpy.random.randn()方法随机生成。

##### 4. 正向传播 (FP) #####

正向传播的过程分为线性部分和非线性部分，其目的是求神经网络模型的预测值y。线性部分结果表示为Z[1],Z[2],非线性部分结果表示为A[1],A[2];非线性也可理解为激活函数(AF)，常见的激活函数有4种：
    - Sigmoid 函数
    - tanh 函数     
    - ReLU 函数
    - Leaky ReLU 函数

注意：常用的激活函数选择方法是：隐藏层选择tanh函数，输出层选择Sigmoid 函数；

##### 5. 损失函数 #####

通过正向传播来计算损失函数，其目的是求解真实的y值与预测的y值的差距；首先得确定损失函数的选择，常见的损失函数有以下三种：
     - hinge loss(支持向量机损失函数)
     - softmax(互熵损失函数)
     - Cross Entropy(交叉熵损失函数)

根据选择的损失函数计算最终的损失值，损失值越小模型越好。即下一步需要对损失函数最优化，使得损失值最小。

##### 6. 反向传播 (BP) #####

通过链式法则对损失函数求一阶偏导，再代入具体值求d(W1),d(b1),d(W2),d(b2)。

##### 7. 根据梯度下降法对网络参数进行更新 #####

根据反向传播的结果更新W1，b1, W2, b2。由梯度下降法更新的具体公式如下所示：   
      W1 = W1 - n * d(W1)
      b1 = b1 - n * d(b1)
      W2 = W2 - n * d(W2)
      b2 = b2 - n * d(b2)

其中，n称学习率(学习因子)，计算前应适当地给n一个值。

##### 8. 循环迭代 #####

从步骤4开始循环迭代，直到损失函数达到最小或者迭代次数达到上限。