什么是神经网络和卷积，它们是如何工作的？
在现代计算领域，术语“神经网络”在过去几年中引起了极大的关注。如果您热衷于了解神经网络是什么以及它们是如何工作的，那么这是您开始扩展知识的理想场所。什么是神经网络？从根本上说，神经网络是旨在模仿人脑的计算机系统。它们具有学习、理解和解释复杂模式的能力，使其成为人工智能（AI）和机器学习（ML）的关键方面。这些网络，就像我们大脑中的神经网络一样，由许多相互连接的处理元素或“节点”组成。这种布局有助于模式识别，帮助AI系统随着时间的推移改进其操作。典型的神经网络由几个核心组件组成：输入层：输入层是馈入网络的数
在现代计算领域，术语“神经网络”在过去几年中引起了极大的关注。如果您热衷于了解神经网络是什么以及它们是如何工作的，那么这是您开始扩展知识的理想场所。
什么是神经网络？
从根本上说，神经网络是旨在模仿人脑的计算机系统。它们具有学习、理解和解释复杂模式的能力，使其成为人工智能 （AI） 和机器学习 （ML） 的关键方面。
这些网络，就像我们大脑中的神经网络一样，由许多相互连接的处理元素或“节点”组成。这种布局有助于模式识别，帮助 AI 系统随着时间的推移改进其操作。典型的神经网络由几个核心组件组成：
- 输入层：输入层是馈入网络的数据的第一个接触点。它传达原始信息以进行进一步处理。
- 隐藏层：在输入层之后，数据进入隐藏层。这些层对外部检查不可见，是加工的关键所在。
- 输出层：处理后的信息最终到达输出层，提供最终结果或预测。
每一层包括许多节点或“神经元”，通过“连接”连接。每个连接都有一个权重，指示其在信息处理任务中的重要性。
神经网络的用途是什么？
神经网络具有从数据中学习和预测结果的非凡能力，已成为许多当代技术的基石。它们的多功能性和模式识别能力为它们在一系列领域的应用铺平了道路。
神经网络最突出的应用之一是机器视觉，尤其是图像识别。通过卷积神经网络（CNN），可以训练系统来识别和分类图像，例如识别照片中的人脸或识别场景中的物体。这项技术为各种应用提供支持，从社交媒体上的自动照片标记到医学成像中的疾病诊断。
神经网络在自然语言处理（NLP）中也发挥着关键作用，使机器能够理解和生成人类语言。无论是理解语音命令的虚拟助手，响应客户查询的聊天机器人，还是将文本从一种语言翻译成另一种语言的软件，所有这些进步都是通过神经网络实现的。
你如何训练神经网络？
训练神经网络本质上意味着教它做出准确的预测。这包括向它提供数据，让它进行预测，然后调整网络的参数以改进这些预测。
目标是最小化网络的预测和实际输出之间的差异，这个术语称为“损失”或“错误”。这种差异越小，神经网络的性能就越好。
步骤 1：初始化权重和偏差
神经网络由通过权重互连的神经元组成，每个神经元都有一个偏差。这些权重和偏差是网络在训练期间学习的参数。最初，它们设置为随机值。
第 2 步：前馈
向网络提供输入数据。这些数据在称为“前馈”的过程中通过网络从输入层移动到输出层。每个神经元在将结果传递到下一层之前，应用输入和偏差的加权和，然后是激活函数。
第 3 步：计算损失
在前馈过程之后，网络产生输出。计算损失，即此输出与实际值之间的差值。此损失是使用损失函数计算的，该函数取决于您尝试解决的问题类型（例如，回归、分类）。
第 4 步：反向传播
反向传播是魔术发生的地方。此过程涉及调整权重和偏差以最大程度地减少损失。从输出层开始，错误将传播回前一层。计算损失函数相对于每个参数（权重和偏差）的梯度，这表明该参数的变化将对损失产生多大影响。
步骤 5：更新权重和偏差
然后，权重和偏差沿与计算的梯度相反的方向更新。这是使用优化算法完成的，最常见的是梯度下降。更新中执行的步骤大小由“学习率”（您设置的超参数）决定。
步骤6：重复该过程
对一定次数的迭代重复步骤 2-5，或者直到损失低于所需的阈值。整个数据集用于更新权重的次数称为“纪元”。训练通常涉及多个时期。
什么是卷积神经网络？
卷积神经网络 （CNN） 是一种专门的神经网络模型，设计用于处理类似网格的数据，例如图像。这些网络是传统多层感知器（MLP）模型的变体，从根本上受到人脑生物过程的启发。
生物视觉皮层
CNN的灵感来自人脑中视觉皮层的组织和功能。视觉皮层具有对视野的特定区域敏感的细胞小区域。这个概念通过应用在输入数据中卷积的过滤器在CNN中得到反映。
卷积层
CNN 的核心组件是卷积层，它自动自适应地学习特征的空间层次结构。在卷积层中，几个滤波器在图像上移动并执行卷积运算，在本例中为点积，在滤波器和输入图像的权重之间。此操作的结果形成特征图或卷积特征。
池化层
通常在卷积层之后添加池化层以减小空间大小，这有助于减少参数计数和计算复杂性。此外，它有助于网络对图像的比例和方向变得更加不变，从而提取更强大的特征。
做出预测
在网络的末端，使用全连接层，类似于MLP模型。这些图层采用高级过滤图像并将其转换为最终输出类或预测。
CNN在图像识别领域发挥了重要作用。它们通常用于以下应用：
- 图像和视频识别：CNN可用于识别图像和视频中的物体，人物甚至情感。
- 医学图像分析：在医学领域，CNN用于分析图像并帮助诊断疾病。
- 自动驾驶汽车：CNN用于自动驾驶汽车中，用于检测道路上的物体和标志，帮助车辆了解周围环境并做出决策。
- 面部识别系统：CNN广泛用于面部识别的安全系统。
相关文章
为节省成本苹果将更变A17背后的技术？
今年的iPhone 15 Pro和iPhone 15 Pro Max将使用的A17 Bionic处理器，不过有传将与明年制造的同一款处理器版本上有所不同。 明年 A17 有所不同？ A17 Bionic 预计将是苹果首款采用 3nm 制程生产的处理器，相较于用...
如何在装有iOS 17的iPhone上的健康应用程序上记录您的心态
什么是 iOS 17 上的心态？ iOS 17 为 iPhone 上的“健康”App 带来了一系列新功能，主要关注心理健康以及它如何影响我们的感受和行为。为了帮助用户识别自己的感受并减少悲伤和愤怒的感觉，健康应用程序现在允许用...
什么是 iOS 17 中 iPhone 中的“收听页面”？
什么是 iOS 17 上的收听页面？ iOS 17有一个名为“收听页面”的新功能，适用于iPhone上的Safari应用程序。顾名思义，该功能可让您以音频形式收听网页的文本内容，使您可以轻松地从页面中收集信息，而无需自己阅读它...
如何在行程中缩小图像
什么是中途缩小？ 作为升级到版本 5.2 的一部分，Midjourney 现在提供了缩小您使用 AI 艺术生成器创建的图像的功能。“缩小”功能可将画布扩展到其现有轮廓之外，而不会更改最初使用 Midjourney 创建的图像的内容。...
WPS Office是一款面向macOS用户的综合办公套件，将文字处理、电子表格、演示文稿、PDF工具、模板与云协作整合在同一应用中。它兼容常见Microsoft Office格式，支持Intel及Apple芯片Mac，基础功能可免费使用，
Shapr3D是一款面向工业设计、机械工程、建筑概念和三维打印工作流的CAD软件。Mac版采用Parasolid建模内核，支持草图约束、实体建模、工程图、可视化渲染及常见CAD格式交换，并可通过账户在多台设备之间同步项目。
REAPER是Cockos开发的数字音频工作站，提供多轨音频与MIDI录制、剪辑、处理、混音和母带制作工具。Mac版兼容Intel与Apple芯片，支持AU、VST、VST3、CLAP等插件格式，并提供高度可定制的工作流程。
Ableton Live 是面向音乐制作人与现场表演者的数字音频工作站，提供编曲视图、独具特色的现场视图、音频录制、MIDI创作、实时变速、乐器及效果器。Mac版原生支持Apple芯片，并可连接音频接口、MIDI控制器和第三方插件。
Adobe After Effects 是面向动态图形、影视特效与视频合成的专业创作软件。它提供关键帧动画、遮罩抠像、运动跟踪、三维空间、文字动画和表达式等工具，并可与 Premiere Pro、Photoshop、Illustrator
Adobe Audition 是面向播客、影视后期、音乐制作及内容创作者的专业音频工作站，提供波形精修、多轨录制与混音、频谱编辑、降噪修复、响度匹配和效果处理工具，并可与 Adobe Premiere 协同完成视频声音制作。
Adobe Bridge 是面向摄影师、设计师及内容团队的免费数字资产管理工具，可集中预览照片、视频和 Adobe 项目文件，并利用评级、标签、关键词、元数据、筛选与收藏集完成分类检索。它还支持批量重命名、格式导出、相机导入及 Camera
Adobe Illustrator 是 Adobe 推出的专业矢量图形设计软件，适合在 Mac 上制作标志、图标、插画、包装、信息图及印刷版面。它以路径和锚点构建可无损缩放的图形，并提供钢笔、形状、文字、图像描摹、渐变、画板及生成式功能。
Adobe InDesign 是面向印刷品与数字出版物的专业版面设计软件，可在 Mac 上制作书籍、杂志、宣传册、海报、报告及交互式文档。它提供精细的文字样式、网格、母版、长文档管理和印前输出能力。
Adobe Lightroom Classic 是面向桌面摄影工作流的照片管理与后期处理软件，可将原始照片保存在本地硬盘，通过目录、关键词、评分和收藏夹高效整理图库，并提供 RAW 冲印、蒙版、镜头校正、批量同步及多格式导出等功能。
Adobe Media Encoder 是 Adobe 推出的专业音视频编码与转码工具，可通过队列、预设和监视文件夹批量完成格式转换、代理文件创建及多平台成片输出，并与 Premiere Pro、After Effects 等软件紧密协作。
Adobe Photoshop 是面向摄影师、设计师和内容创作者的专业图像处理软件，提供图层、蒙版、选区、修复、调色、文字排版、智能对象及生成式编辑等能力。Mac 版支持 Intel 与 Apple Silicon 处理器。
Adobe Photoshop 是面向摄影师、设计师和内容创作者的专业图像处理工具，可在 Windows 上完成照片修饰、选区抠图、图层合成、文字排版、绘画及生成式编辑。软件采用订阅授权，由 Creative Cloud 管理安装、更新与许
Adobe InDesign 是面向印刷与数字出版的专业页面排版工具，可制作书籍、杂志、宣传册、海报、交互式 PDF 和电子书。它提供精细的文字样式、多页面管理、印前检查及多格式输出能力，并能与 Photoshop、Illustrator
Adobe Illustrator 是用于绘制矢量图形、插画、图标、徽标和版式的专业设计工具。它以路径和锚点为核心，作品放大后仍能保持清晰，并提供画板、文字、渐变、图像描摹及精确变换等功能，适合品牌视觉、印刷物料、数字界面和商业插画创作。
Adobe Bridge 是 Adobe 推出的创意资产管理工具，可集中预览、分类和查找照片、视频、PDF及多种设计文件，并支持元数据、关键词、评级、批量重命名和格式导出。它可与 Photoshop、Illustrator 等应用衔接，
Affinity Photo 是一款面向摄影师、修图师和视觉设计人员的桌面图像编辑工具，提供 RAW 显影、多图层合成、蒙版、实时滤镜、批处理和色彩管理等功能。原独立产品已停止销售，其照片编辑能力已延续至免费的新 Affinity 应用；
Adobe Lightroom Classic 是面向 Windows 桌面摄影工作流的照片管理与无损编辑工具，可通过目录集中整理大型图库，并完成 RAW 显影、局部蒙版、批量调整、打印和多格式导出。它强调本地文件管理与精细控制，
Figma 是面向产品设计与开发团队的云端协作平台，可在 Windows 桌面客户端中完成界面绘制、组件管理、交互原型、评论评审和开发交付。文件保存在云端，多名成员能够同步编辑并共享设计系统；官方同时提供免费 Starter 方案及按席位计
Affinity Designer 是面向矢量图形、数字插画和界面设计的专业创作工具，可在矢量、像素与导出工作区之间快速切换。它提供曲线编辑、形状构建、画板、排版、图层和专业色彩管理，并支持常见设计文件的导入及多种印刷、网页格式输出。
Capture One Pro 是面向摄影师和影像团队的专业桌面照片处理工具，提供相机定制色彩配置、RAW转换、图层与蒙版、联机拍摄、目录及会话管理等功能。它适合棚拍、人像、商业产品、婚礼和风光摄影，
Adobe Acrobat Pro 是面向专业 PDF 工作的综合解决方案，可在 Windows 中创建、编辑、转换、比较、整理和保护文档，并支持表单、电子签名、扫描件文字识别及敏感信息永久遮盖。订阅还包含网页、移动服务和云端协作能力，
Adobe After Effects 是面向动态图形、动画与影视视觉特效制作的专业工具，可完成关键帧动画、图层合成、遮罩跟踪、抠像、文字动画和二维三维元素整合。Windows 版通过 Adobe Creative Cloud 安装及更新，
DaVinci Resolve是Blackmagic Design推出的一体化影视后期工具，将素材管理、非线性剪辑、专业调色、Fusion视觉特效、Fairlight音频处理和成片交付整合在统一工程中。免费版已覆盖多数个人创作需求，