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很多事情不是需要聰明一點,而是需要耐心一點,踏下心來認真看真的很簡單的。
假設有這樣一個網絡層:
第一層是輸入層,包含兩個神經元i1 i2和截距b1;
第二層是隱含層,包含兩個神經元h1 h2和截距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,激活函數默認為sigmoid函數。
賦初值為:
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 前向計算
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的值:
同理,計算o2:
前向計算過程結束,得到輸出值為[0.75136079 , 0.772928465],與實際值[0.01 , 0.99]相差很遠,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)
分別計算o1和o2的誤差,總誤差為兩者之和:
2. 輸出層—>隱含層的權值更新
以權重參數w5為例,如果想知道w5對整體誤差產生了多少影響,用整體誤差對w5求偏導求出:(鏈式法則)
如圖所示:
現在分別計算每個式子的值: loss--Sigmoid--weight
計算:
計算下一步之前,先來看一下Sigmoid函數求導:
根據倒數法則從f(x)開始推導得出:
有以上兩個式子可推出:
計算:
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。
綜合以上四步計算過程可得:
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,更新w5的值,是學習速率,這里設為0.5:
同理,可更新w6,w7,w8:
3. 隱含層—>輸入層的權值更新
上一部分傳播過程為:out(o1)—>net(o1)—>w5;
此處:out(h1)—>net(h1)—>w1,注意out(h1)會接受E(o1)和E(o2)兩個地方傳來的誤差,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:
一次誤差的反向傳播完成,之后再把更新的權值重新計算,得到新的誤差,該例中第一次迭代之后,總誤差E(total)由0.298371109下降至0.291027924。迭代10000次后,總誤差為0.000035085,輸出為[0.015912196,0.984065734](原輸入為[0.01,0.99])。