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
火山引擎开发者社区5 小时前
VeOps CLI:你的火山引擎可观测排障助手
人工智能
To_OC7 小时前
调用远程MCP,手搓一个能查酒店、自动打开浏览器的 Agent
人工智能·agent·mcp
启雀AI7 小时前
生物医疗行业如何建设合规、安全、可复用的知识库?
人工智能·安全·软件构建·知识图谱·知识库
x-cmd7 小时前
Mac 涨价后,本地 AI 还能千元入门吗?
linux·人工智能·macos·ai·agent·amd·本地ai入门
To_OC7 小时前
跑通第一个 MCP Server 后,我终于搞懂它到底解决了什么问题
人工智能·agent·mcp
楷哥爱开发7 小时前
如何使用 Claude Fable 5 进行网页抓取?2026最新实战教程
大数据·网络·人工智能
YMWM_8 小时前
lerobot中use_relative_actions=True需要重新计算meta/stats.json等信息
人工智能·深度学习·lerobot
触底反弹8 小时前
🔥 DeepSeek 560 万美金干翻 OpenAI?一文讲透「蒸馏」的来龙去脉
人工智能
私人珍藏库8 小时前
[Android] 会计快题库 -财会职称考试刷题学习
android·人工智能·学习·app·软件·多功能
Sirius Wu8 小时前
OpenClaw Skill:Matplotlib 可视化技能 + 沙箱双层隔离完整详解
服务器·网络·人工智能·安全·ai·架构·aigc