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
2401_890095615 分钟前
武汉人工智能应用软件开发实施异常怎么排查?模拟环境与验证步骤
人工智能·案例复盘·武汉自动意志科技·智钳claw·企业ai智能体·ai漫剧生成
泰迪智能科技0122 分钟前
三种人社职业技能等级证书报考指南对比:人工智能训练师 / 计算机程序设计员 / 服务机器人应用技术员
人工智能·百度·机器人
森山冶仁25 分钟前
AI 原生数据治理技术栈:大模型 + 向量库 + 知识图谱怎么选
人工智能·知识图谱·数据治理
记忆张量MemTensor26 分钟前
产品更新|MemOS 现已支持 DeepSeek Harness 长期记忆接入
人工智能·typescript·开源·agent
FII工业富联科技服务1 小时前
WRC 2026技术拆解:从人类示范到真机反馈,机器人“大脑”如何完成训练闭环?
人工智能·机器人·自动化·制造
科里 Coralyx1 小时前
RLHF、InstructGPT、红队测试:从“会生成“到“可交付“
人工智能
桃西西呀1 小时前
TRAE Work实战:我把会议纪要做成了skill
人工智能
武汉星际互动1 小时前
政务AI智能体怎么建?三种模式、三步路径与四个误区
人工智能·政务
MartinYeung52 小时前
Zig:重新定义性能与控制规则的系统级语言
人工智能