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
kupeThinkPoem14 小时前
代码生成工具Amazon CodeWhisperer介绍
人工智能
weixin79893765432...14 小时前
前端开发者如何拥抱 AI-Agent(科普)
人工智能·ai
晨非辰15 小时前
【数据结构初阶系列】归并排序全透视:从算法原理全分析到源码实战应用
运维·c语言·数据结构·c++·人工智能·python·深度学习
菠菠萝宝16 小时前
【Java手搓RAGFlow】-3- 用户认证与权限管理
java·开发语言·人工智能·llm·openai·qwen·rag
youngfengying17 小时前
《轻量化 Transformers:开启计算机视觉新篇》
人工智能·计算机视觉
搞科研的小刘选手19 小时前
【同济大学主办】第十一届能源资源与环境工程研究进展国际学术会议(ICAESEE 2025)
大数据·人工智能·能源·材质·材料工程·地理信息
MARS_AI_19 小时前
云蝠智能 VoiceAgent 2.0:全栈语音交互能力升级
人工智能·自然语言处理·交互·信息与通信·agi
top_designer19 小时前
Substance 3D Stager:电商“虚拟摄影”工作流
人工智能·3d·设计模式·prompt·技术美术·教育电商·游戏美术
雷神大青椒19 小时前
离别的十字路口: 是否还记得曾经追求的梦想
人工智能·程序人生·职场和发展·玩游戏
m0_6501082420 小时前
多模态大模型 VS. 图像视频生成模型浅析
人工智能·技术边界与协同·mllm与生成模型·技术浅谈