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深度学习简介

2018-06-23/技术分享

深度学习是指多层神经网络上运用各种机器学习算法解决图像,文本等各种问题的算法集合。深度学习从大类上可以归入神经网络,不过在具体实现上有许多变化。深度学习的核心是特征学习,旨在通过分层网络获取分层次的特征信息,从而解决以往需要人工设计特征的重要难题。深度学习是一个框架,包含多个重要算法:

Convolutional Neural Networks(CNN)卷积神经网络

AutoEncoder自动编码器

Sparse Coding稀疏编码

Restricted Boltzmann Machine(RBM)限制波尔兹曼机

Deep Belief Networks(DBN)深信度网络

Recurrent neural Network(RNN)多层反馈循环神经网络神经网络

对于不同问题(图像,语音,文本),需要选用不同网络模型才能达到更好效果。

此外,最近几年增强学习(Reinforcement Learning)与深度学习的结合也创造了许多了不起的成果,AlphaGo就是其中之一。

1. 人类视觉原理

深度学习的许多研究成果,离不开对大脑认知原理的研究,尤其是视觉原理的研究。

1981 年的诺贝尔医学奖,颁发给了 David Hubel(出生于加拿大的美国神经生物学家) 和TorstenWiesel,以及 Roger Sperry。前两位的主要贡献,是“发现了视觉系统的信息处理”,可视皮层是分级的。

人类的视觉原理如下:从原始信号摄入开始(瞳孔摄入像素 Pixels),接着做初步处理(大脑皮层某些细胞发现边缘和方向),然后抽象(大脑判定,眼前的物体的形状,是圆形的),然后进一步抽象(大脑进一步判定该物体是只气球)。下面是人脑进行人脸识别的一个示例:

深度学习

对于不同的物体,人类视觉也是通过这样逐层分级,来进行认知的:

深度学习

我们可以看到,在最底层特征基本上是类似的,就是各种边缘,越往上,越能提取出此类物体的一些特征(轮子、眼睛、躯干等),到最上层,不同的高级特征最终组合成相应的图像,从而能够让人类准确的区分不同的物体。那么我们可以很自然的想到:可以不可以模仿人类大脑的这个特点,构造多层的神经网络,较低层的识别初级的图像特征,若干底层特征组成更上一层特征,最终通过多个层级的组合,最终在顶层做出分类呢?答案是肯定的,这也是许多深度学习算法(包括CNN)的灵感来源。