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
奔跑中的小象5 小时前
统信UOS + 天数AI卡部署SGLang服务手册
人工智能·uos·sglang·天数智芯
DevSecOps选型指南5 小时前
中国版Mythos,为何是悬镜安全灵脉CodeAI?
人工智能·安全
Shockang5 小时前
LangGraph 状态机实战
人工智能
刹那芳华19925 小时前
循环神经网络的从零开始实现(RNN)
人工智能·rnn·深度学习
阿童木写作5 小时前
跨境图片翻译工具多合一,批量图片视频字幕翻译加智能抠图
人工智能·python·音视频·语音识别
科技之门5 小时前
AI3D从建模到贴图、绑骨和动画的完整流程怎么做?V2Fun完整工作流指南
人工智能·3d·贴图
宇宙第一小趴菜5 小时前
二、机器学习的应用领域和发展史
人工智能·机器学习
前端开发江鸟5 小时前
我写过 MCP Server,却一直以为 MCP 只有 Tool
人工智能
天国梦6 小时前
自习室智能化升级避坑指南:天学网AI智习室方案实测与选型建议
大数据·人工智能
阿里云云原生6 小时前
可用性从 99.9% 跃升至 99.995%:畅捷通如何用 AI 重塑运维底座?
运维·网络·人工智能