反向傳播算法


假設,你有這樣一個網絡層:

  第一層是輸入層,包含兩個神經元i1,i2,和截距項b1;第二層是隱含層,包含兩個神經元h1,h2和截距項b2,第三層是輸出o1,o2,每條線上標的wi是層與層之間連接的權重,激活函數我們默認為sigmoid函數。

  現在對他們賦上初值,如下圖:

  其中,輸入數據  i1=0.05,i2=0.10;

     輸出數據 o1=0.01,o2=0.99;

     初始權重  w1=0.15,w2=0.20,w3=0.25,w4=0.30;

           w5=0.40,w6=0.45,w7=0.50,w8=0.55

 

  目標:給出輸入數據i1,i2(0.05和0.10),使輸出盡可能與原始輸出o1,o2(0.01和0.99)接近。

 

  Step 1 前向傳播

  1.輸入層---->隱含層:

  計算神經元h1的輸入加權和:

神經元h1的輸出o1:(此處用到激活函數為sigmoid函數):

 

 

  同理,可計算出神經元h2的輸出o2:

  

 

  2.隱含層---->輸出層:

  計算輸出層神經元o1和o2的值:

  

 

這樣前向傳播的過程就結束了,我們得到輸出值為[0.75136079 , 0.772928465],與實際值[0.01 , 0.99]相差還很遠,現在我們對誤差進行反向傳播,更新權值,重新計算輸出。

 

Step 2 反向傳播

1.計算總誤差

總誤差:(square error)

但是有兩個輸出,所以分別計算o1和o2的誤差,總誤差為兩者之和:

 

2.隱含層---->輸出層的權值更新:

以權重參數w5為例,如果我們想知道w5對整體誤差產生了多少影響,可以用整體誤差對w5求偏導求出:(鏈式法則)

下面的圖可以更直觀的看清楚誤差是怎樣反向傳播的:

現在我們來分別計算每個式子的值:

計算

計算

(這一步實際上就是對sigmoid函數求導,比較簡單,可以自己推導一下)

 

計算

最后三者相乘:

這樣我們就計算出整體誤差E(total)對w5的偏導值。

回過頭來再看看上面的公式,我們發現:

為了表達方便,用來表示輸出層的誤差:

因此,整體誤差E(total)對w5的偏導公式可以寫成:

如果輸出層誤差計為負的話,也可以寫成:

最后我們來更新w5的值:

(其中,是學習速率,這里我們取0.5)

同理,可更新w6,w7,w8:

 

3.隱含層---->隱含層的權值更新:

 方法其實與上面說的差不多,但是有個地方需要變一下,在上文計算總誤差對w5的偏導時,是從out(o1)---->net(o1)---->w5,但是在隱含層之間的權值更新時,是out(h1)---->net(h1)---->w1,而out(h1)會接受E(o1)和E(o2)兩個地方傳來的誤差,所以這個地方兩個都要計算。

 

 

計算

先計算

同理,計算出:

          

兩者相加得到總值:

再計算

再計算

最后,三者相乘:

 為了簡化公式,用sigma(h1)表示隱含層單元h1的誤差:

最后,更新w1的權值:

同理,額可更新w2,w3,w4的權值:


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