Ⅰ 神經網路計算過程詳細分析（圖文）
整理了一份關於BP神經網路計算過程的分析報告，旨在幫助讀者理解並掌握BP網路的基本原理。
報告分為兩大部分，前向傳播與後向傳播（反向傳播）。前向傳播通過神經元間傳遞，利用激活函數與權重值進行數據處理。在前向傳播過程中，每個神經元的輸出通過激活函數處理後，傳遞至下一層神經元，直至完成整個網路的輸出。
接著進入後向傳播（反向傳播）階段，其核心目標在於調整網路權重，以減小預測誤差。通過鏈式法則，逐層計算誤差對各權重的梯度，從而實現網路的優化。
在後向傳播過程中，每個權重的調整依據其對總誤差的影響程度進行。以調整權重W5為例，需計算誤差對W5的影響，涉及前一層神經元輸出、當前神經元輸出以及權重值的綜合影響。同樣，調整權重W1亦需考慮前一層神經元輸出、權重值以及當前層神經元輸出。
為簡化計算過程，利用已知信息重復利用公式，避免不必要的計算重復。如在計算W1時，通過已知的梯度信息與上一層神經元輸出值，快速求得權重的偏導數。
總結計算過程，求解權重與神經元梯度時，分別需考慮當前層與上一層的輸出值、前一層的神經元輸出以及權重值的相互作用。通過這種方式，BP網路能夠在訓練過程中不斷優化，逐步減小預測誤差。
盡管報告中可能存在一定的復雜性與不一致性，希望讀者能夠藉助本文的解析，深入理解BP網路的計算過程，及時發現並糾正理解中的錯誤。歡迎各位提出寶貴意見與建議，共同促進學習與研究的深入。
Ⅱ BP神經網路的訓練集需要大樣本嗎一般樣本個數為多少
BP神經網路的訓練集需要大樣本嗎？一般樣本個數為多少？
BP神經網路樣本數有什麼影響
學習神經網路這段時間，有一個疑問，BP神經網路中訓練的次數指的網路的迭代次數，如果有a個樣本,每個樣本訓練次數n，則網路一共迭代an次，在n>>a 情況下 ， 網路在不停的調整權值，減小誤差，跟樣本數似乎關系不大。而且，a大了的話訓練時間必然會變長。
換一種說法，將你的數據集看成一個固定值， 那麼樣本集與測試集 也可以按照某種規格確定下來如7：3 所以如何看待 樣本集的多少與訓練結果呢？ 或者說怎麼使你的網路更加穩定，更加符合你的所需 。
我嘗試從之前的一個例子中看下區別
如何用70行Java代碼實現深度神經網路演算法
作者其實是實現了一個BP神經網路 ，不多說，看最後的例子
一個運用神經網路的例子
最後我們找個簡單例子來看看神經網路神奇的效果。為了方便觀察數據分布，我們選用一個二維坐標的數據，下面共有4個數據，方塊代表數據的類型為1，三角代表數據的類型為0，可以看到屬於方塊類型的數據有（1，2）和（2，1），屬於三角類型的數據有（1，1），（2，2），現在問題是需要在平面上將4個數據分成1和0兩類，並以此來預測新的數據的類型。
圖片描述
我們可以運用邏輯回歸演算法來解決上面的分類問題，但是邏輯回歸得到一個線性的直線做為分界線，可以看到上面的紅線無論怎麼擺放，總是有一個樣本被錯誤地劃分到不同類型中，所以對於上面的數據，僅僅一條直線不能很正確地劃分他們的分類，如果我們運用神經網路演算法，可以得到下圖的分類效果，相當於多條直線求並集來劃分空間，這樣准確性更高。
圖片描述
簡單粗暴，用作者的代碼運行後 訓練5000次 。根據訓練結果來預測一條新數據的分類（3,1）
預測值 （3,1）的結果跟（1,2）（2,1）屬於一類 屬於正方形
這時如果我們去掉 2個樣本，則樣本輸入變成如下
//設置樣本數據，對應上面的4個二維坐標數據
double[][] data = new double[][]{{1,2},{2,2}};
//設置目標數據，對應4個坐標數據的分類
double[][] target = new double[][]{{1,0},{0,1}};
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2
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4
1
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3
4
則（3,1）結果變成了三角形，
如果你選前兩個點 你會發現直接一條中間線就可以區分 這時候的你的結果跟之前4個點時有區別 so 你得增加樣本 直到這些樣本按照你所想要的方式分類 ，所以樣本的多少 重要性體現在，樣本得能反映所有的特徵值（也就是輸入值） ，樣本多少或者特徵（本例子指點的位置特徵）決定的你的網路的訓練結果，！！！這是 我們反推出來的結果 。這里距離深度學習好像近了一步。
另外，這個70行代碼的神經網路沒有保存你訓練的網路 ，所以你每次運行都是重新訓練的網路。其實，在你訓練過後 權值已經確定了下來，我們確定網路也就是根據權值，so只要把訓練後的權值保存下來，將需要分類的數據按照這種權值帶入網路，即可得到輸出值，也就是一旦網路確定， 權值也就確定，一個輸入對應一個固定的輸出，不會再次改變！個人見解。
最後附上作者的源碼，作者的文章見開頭鏈接
下面的實現程序BpDeep.java可以直接拿去使用，
import java.util.Random;
public class BpDeep{
public double[][] layer;//神經網路各層節點
public double[][] layerErr;//神經網路各節點誤差
public double[][][] layer_weight;//各層節點權重
public double[][][] layer_weight_delta;//各層節點權重動量
public double mobp;//動量系數
public double rate;//學習系數
public BpDeep(int[] layernum, double rate, double mobp){
this.mobp = mobp;
this.rate = rate;
layer = new double[layernum.length][];
layerErr = new double[layernum.length][];
layer_weight = new double[layernum.length][][];
layer_weight_delta = new double[layernum.length][][];
Random random = new Random();
for(int l=0;l<layernum.length;l++){
layer[l]=new double[layernum[l]];
layerErr[l]=new double[layernum[l]];
if(l+1<layernum.length){
layer_weight[l]=new double[layernum[l]+1][layernum[l+1]];
layer_weight_delta[l]=new double[layernum[l]+1][layernum[l+1]];
for(int j=0;j<layernum[l]+1;j++)
for(int i=0;i<layernum[l+1];i++)
layer_weight[l][j][i]=random.nextDouble();//隨機初始化權重
}
}
}
//逐層向前計算輸出
public double[] computeOut(double[] in){
for(int l=1;l<layer.length;l++){
for(int j=0;j<layer[l].length;j++){
double z=layer_weight[l-1][layer[l-1].length][j];
for(int i=0;i<layer[l-1].length;i++){
layer[l-1][i]=l==1?in[i]:layer[l-1][i];
z+=layer_weight[l-1][i][j]*layer[l-1][i];
}
layer[l][j]=1/(1+Math.exp(-z));
}
}
return layer[layer.length-1];
}
//逐層反向計算誤差並修改權重
public void updateWeight(double[] tar){
int l=layer.length-1;
for(int j=0;j<layerErr[l].length;j++)
layerErr[l][j]=layer[l][j]*(1-layer[l][j])*(tar[j]-layer[l][j]);
while(l-->0){
for(int j=0;j<layerErr[l].length;j++){
double z = 0.0;
for(int i=0;i<layerErr[l+1].length;i++){
z=z+l>0?layerErr[l+1][i]*layer_weight[l][j][i]:0;
layer_weight_delta[l][j][i]= mobp*layer_weight_delta[l][j][i]+rate*layerErr[l+1][i]*layer[l][j];//隱含層動量調整
layer_weight[l][j][i]+=layer_weight_delta[l][j][i];//隱含層權重調整
if(j==layerErr[l].length-1){
layer_weight_delta[l][j+1][i]= mobp*layer_weight_delta[l][j+1][i]+rate*layerErr[l+1][i];//截距動量調整
layer_weight[l][j+1][i]+=layer_weight_delta[l][j+1][i];//截距權重調整
}
}
layerErr[l][j]=z*layer[l][j]*(1-layer[l][j]);//記錄誤差
}
}
}
public void train(double[] in, double[] tar){
double[] out = computeOut(in);
updateWeight(tar);
}
}
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下面是這個測試程序BpDeepTest.java的源碼：
import java.util.Arrays;
public class BpDeepTest{
public static void main(String[] args){
//初始化神經網路的基本配置
//第一個參數是一個整型數組，表示神經網路的層數和每層節點數，比如{3,10,10,10,10,2}表示輸入層是3個節點，輸出層是2個節點，中間有4層隱含層，每層10個節點
//第二個參數是學習步長，第三個參數是動量系數
BpDeep bp = new BpDeep(new int[]{2,10,2}, 0.15, 0.8);
//設置樣本數據，對應上面的4個二維坐標數據
double[][] data = new double[][]{{1,2},{2,2},{1,1},{2,1}};
//設置目標數據，對應4個坐標數據的分類
double[][] target = new double[][]{{1,0},{0,1},{0,1},{1,0}};
//迭代訓練5000次
for(int n=0;n<5000;n++)
for(int i=0;i<data.length;i++)
bp.train(data[i], target[i]);
//根據訓練結果來檢驗樣本數據
for(int j=0;j<data.length;j++){
double[] result = bp.computeOut(data[j]);
System.out.println(Arrays.toString(data[j])+":"+Arrays.toString(result));
}
//根據訓練結果來預測一條新數據的分類
double[] x = new double[]{3,1};
double[] result = bp.computeOut(x);
System.out.println(Arrays.toString(x)+":"+Arrays.toString(result));
}
}