什么是神经网络的非线性

大家好啊,我是董董灿。

最近在写《计算机视觉入门与调优》(右键,在新窗口中打开链接)的小册,其中一部分说到激活函数的时候,谈到了神经网络的非线性问题。

今天就一起来看看,为什么神经网络需要非线性,或者说为什么它是一个非线性系统。

1、线性系统是什么样的

先看一个基础知识:线性函数,这是我们在初中就学过的知识点。

假设有一个线性函数:y = kx + b, 这个函数画出来是下面的样子,也就是说, y 和 x 是线性关系。

而这个时候如果又有一个线性函数 z = hy + d,那么,我们可以推断出,变量 z 和 x 同样也是线性关系。

为什么呢? 可以通过下面的变换得到。

z = hy + d

= z(kx + b) + d

= zk x + zb + d

= zk(x) + (zb + d)

令 zk = K, zb + d = B,那么 z 和 x 的关系就可以写出 z = Kx + B

所以,z 和 x 同样是线性关系。

这里想说的一个原理是:多个线性系统的叠加,最终还会是线性系统。

2、神经网络是什么系统呢?

回到神经网络,我们知道卷积的算法公式是 y = x * w,,其中 x 是输入数据,w 是权值,中间的 * 代表卷积计算。关于卷积可以查看:5分钟搞懂卷积

那么x * w 是线性关系还是非线性关系呢?不好意思,就是线性关系。

这是因为卷积的核心计算是乘累加运算,所以,卷积算法也是线性的。

假设神经网络是由大量的卷积算法一层接着一层组成。如果没有非线性因素的引入,那么在数学模型上,这个大的卷积堆砌的模型就会退化成一个简单的线性模型,这就使得多层卷积失去了意义。

层数再多也没用,因为数学上等价于一个卷积,看下图解释的更清楚一些。

这就是原因所在。

所以在很多神经网络模型中,都需要引入非线性因素,从而使得神经网络模型可以拟合成更加复杂多变的非线性系统。

这样模型就可以处理复杂的任务,而不用担心模型在数学上仅仅是一个简单的线性模型了。

怎么引入非线性因素呢?

最常见的方法就是在卷积层后面增加一层非线性的激活层,这也是为什么在很多卷积算法后面,都能看到 relu 函数的原因。

延伸阅读,请参考:神经网络的非线性思想,真的神了

相关推荐
zhangfeng11335 小时前
国家超算中心 scnet.cn 跨用户文件分享流程总结 多个用户之间 文件共享 不需要反复下载上传
人工智能·语言模型·大模型
ting94520008 小时前
Tornado 全栈技术深度指南:从原理到实战
人工智能·python·架构·tornado
果汁华8 小时前
Browserbase Skills:让 Claude Agent 真正“看见“网页世界
人工智能·python
ZhengEnCi8 小时前
04-缩放点积注意力代码实现 💻
人工智能·python
2zcode8 小时前
基于LSTM神经网络的金属材料机器学习本构模型研究(硕士级别)
神经网络·机器学习·lstm·金属材料
HackTwoHub9 小时前
AI大模型网关存在SQL注入、附 POC 复现、影响版本LiteLLM 1.81.16~1.83.7(CVE-2026-42208)
数据库·人工智能·sql·网络安全·系统安全·网络攻击模型·安全架构
段一凡-华北理工大学9 小时前
【高炉炼铁领域炉温监测、预警、调控智能体设计与应用】~系列文章08:多模态数据融合:让数据更聪明
人工智能·python·高炉炼铁·ai赋能·工业智能体·高炉炉温
网络工程小王10 小时前
【LangChain 大模型6大调用指南】调用大模型篇
linux·运维·服务器·人工智能·学习
HIT_Weston10 小时前
63、【Agent】【OpenCode】用户对话提示词(示例)
人工智能·agent·opencode
CV-杨帆10 小时前
Phi-4-mini-flash-reasoning 部署安装与推理测试完整记录
人工智能