科普:深度學(xué)習(xí)真的那么難嗎?.doc

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1、科普:深度學(xué)習(xí)真的那么難嗎?科普:深度學(xué)習(xí)真的那么難嗎?  今天,面對AI如此重要的江湖地位,深度學(xué)習(xí)作為重要的一個(gè)研究分支,幾乎出現(xiàn)在當(dāng)下所有熱門的AI應(yīng)用領(lǐng)域,其中包含語義理解、圖像識別、語音識別,自然語言處理等等,更有人認(rèn)為當(dāng)前的人工智能等同于深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域。如果在這個(gè)人工智能的時(shí)代,作為一個(gè)有理想抱負(fù)的程序員,或者學(xué)生、愛好者,不懂深度學(xué)習(xí)這個(gè)超熱的話題,似乎已經(jīng)跟時(shí)代脫節(jié)了。  但是,深度學(xué)習(xí)對數(shù)學(xué)的要求,包括微積分、線性代數(shù)和概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等要求,讓大部分的有理想抱負(fù)青年踟躕前行。那么問

2、題來了,理解深度學(xué)習(xí),到底需不需要這些知識?關(guān)子就不賣了,標(biāo)題已經(jīng)說明?! ∏岸螘r(shí)間,編輯閑逛各大社區(qū)論壇,發(fā)現(xiàn)一篇非常適合初學(xué)者學(xué)習(xí)的深度學(xué)習(xí)的回復(fù)帖子,用風(fēng)趣的白話和例子深入淺出的分析了深度學(xué)習(xí)的過程,非常通俗易懂。通過與在西門子從事人工智能領(lǐng)域的楊安國老師溝通,獲得內(nèi)容編輯授權(quán),把內(nèi)容重新整理修正,內(nèi)容更加通俗易懂,希望人人都能夠理解深度學(xué)習(xí)?! £P(guān)于深度學(xué)習(xí),網(wǎng)上的資料很多,不過貌似大部分都不太適合初學(xué)者。楊老師總結(jié)了幾個(gè)原因:  1、深度學(xué)習(xí)確實(shí)需要一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。如果不用深入淺出地方法講

3、,有些讀者就會有畏難的情緒,因而容易過早地放棄?! ?、中國人或美國人寫的書籍或文章,普遍比較難一些?! ∩疃葘W(xué)習(xí)所需要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)并沒有想象中的那么難,只需要知道導(dǎo)數(shù)和相關(guān)的函數(shù)概念即可。高等數(shù)學(xué)也沒學(xué)過?很好,這篇文章其實(shí)是想讓文科生也能看懂,只需要學(xué)過初中數(shù)學(xué)就完全可以?! ∑鋵?shí)不必有畏難的情緒,比較推崇李書福的精神,在一次電視采訪中,李書福說:誰說中國人不能造汽車?造汽車有啥難的,不就是四個(gè)輪子加兩排沙發(fā)嘛。當(dāng)然,他這個(gè)結(jié)論有失偏頗,不過精神可嘉。  導(dǎo)數(shù)是什么?無非就是變化率。  比如:王小

4、二今年賣了100頭豬,去年賣了90頭,前年賣了80頭。。。變化率或者增長率是什么?每年增長10頭豬,多簡單。這里需要注意有個(gè)時(shí)間變量---年。王小二賣豬的增長率是10頭/年,也就是說,導(dǎo)數(shù)是10。  函數(shù)y=f(x)=10x+30,這里我們假設(shè)王小二第一年賣了30頭,以后每年增長10頭,x代表時(shí)間(年),y代表豬的頭數(shù)?! ‘?dāng)然,這是增長率固定的情形,而現(xiàn)實(shí)生活中,很多時(shí)候,變化量也不是固定的,也就是說增長率不是恒定的。比如,函數(shù)可能是這樣:y=f(x)=5x2;+30,這里x和y依然代表的是時(shí)間和

5、頭數(shù),不過增長率變了,怎么算這個(gè)增長率,我們回頭再講?;蛘吣愀纱嘤涀讉€(gè)求導(dǎo)的公式也可以?! ∩疃葘W(xué)習(xí)還有一個(gè)重要的數(shù)學(xué)概念:偏導(dǎo)數(shù),偏導(dǎo)數(shù)的偏怎么理解?偏頭疼的偏,還是我不讓你導(dǎo),你偏要導(dǎo)?都不是,我們還以王小二賣豬為例,剛才我們講到,x變量是時(shí)間(年),可是賣出去的豬,不光跟時(shí)間有關(guān)啊,隨著業(yè)務(wù)的增長,王小二不僅擴(kuò)大了養(yǎng)豬場,還雇了很多員工一起養(yǎng)豬。所以方程式又變了:y=f(x)=5x2;+8x+35x+30  這里x代表面積,x代表員工數(shù),當(dāng)然x還是時(shí)間?! ∩厦嫖覀冎v了,導(dǎo)數(shù)其實(shí)就是變化率,

6、那么偏導(dǎo)數(shù)是什么?偏導(dǎo)數(shù)無非就是多個(gè)變量的時(shí)候,針對某個(gè)變量的變化率。在上面的公式里,如果針對x求偏導(dǎo)數(shù),也就是說,員工對于豬的增長率貢獻(xiàn)有多大,或者說,隨著(每個(gè))員工的增長,豬增加了多少,這里等于35---每增加一個(gè)員工,就多賣出去35頭豬。計(jì)算偏導(dǎo)數(shù)的時(shí)候,其他變量都可以看成常量,這點(diǎn)很重要,常量的變化率為0,所以導(dǎo)數(shù)為0,所以就剩對35x求導(dǎo)數(shù),等于35.對于x求偏導(dǎo),也是類似的?! ∏笃珜?dǎo)我們用一個(gè)符號表示:比如y/x就表示y對x求偏導(dǎo)?! U話半天,這些跟深度學(xué)習(xí)到底有啥關(guān)系?當(dāng)然有關(guān)系

7、,深度學(xué)習(xí)是采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),用于解決線性不可分的問題。關(guān)于這一點(diǎn),我們回頭再討論,大家也可以網(wǎng)上搜一下相關(guān)的文章。這里主要講講數(shù)學(xué)與深度學(xué)習(xí)的關(guān)系。先給大家看幾張圖:    圖1.所謂深度學(xué)習(xí),就是具有很多個(gè)隱層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。    圖2.單輸出的時(shí)候,怎么求偏導(dǎo)數(shù)    圖3.多輸出的時(shí)候,怎么求偏導(dǎo)數(shù)。

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