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神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的三要素(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的三要素是什么)
大家好!今天讓創(chuàng)意嶺的小編來大家介紹下關(guān)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的三要素的問題,以下是小編對(duì)此問題的歸納整理,讓我們一起來看看吧。
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本文目錄:
一、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理是什么?
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理是:每個(gè)神經(jīng)元把最初的輸入值乘以一定的權(quán)重,并加上其他輸入到這個(gè)神經(jīng)元里的值(并結(jié)合其他信息值),最后算出一個(gè)總和,再經(jīng)過神經(jīng)元的偏差調(diào)整,最后用激勵(lì)函數(shù)把輸出值標(biāo)準(zhǔn)化。基本上,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由一層一層的不同的計(jì)算單位連接起來的。我們把計(jì)算單位稱為神經(jīng)元,這些網(wǎng)絡(luò)可以把數(shù)據(jù)處理分類,就是我們要的輸出。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)常見的工具:
以上內(nèi)容參考:在眾多的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具中,NeuroSolutions始終處于業(yè)界領(lǐng)先位置。它是一個(gè)可用于windows XP/7高度圖形化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)工具。其將模塊化,基于圖標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)界面,先進(jìn)的學(xué)習(xí)程序和遺傳優(yōu)化進(jìn)行了結(jié)合。該款可用于研究和解決現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜問題的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)工具在使用上幾乎無限制。
以上內(nèi)容參考:百度百科-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
二、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的歷史是什么?
沃倫·麥卡洛克和沃爾特·皮茨(1943)基于數(shù)學(xué)和一種稱為閾值邏輯的算法創(chuàng)造了一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算模型。這種模型使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究分裂為兩種不同研究思路。一種主要關(guān)注大腦中的生物學(xué)過程,另一種主要關(guān)注神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在人工智能里的應(yīng)用。
一、赫布型學(xué)習(xí)
二十世紀(jì)40年代后期,心理學(xué)家唐納德·赫布根據(jù)神經(jīng)可塑性的機(jī)制創(chuàng)造了一種對(duì)學(xué)習(xí)的假說,現(xiàn)在稱作赫布型學(xué)習(xí)。赫布型學(xué)習(xí)被認(rèn)為是一種典型的非監(jiān)督式學(xué)習(xí)規(guī)則,它后來的變種是長期增強(qiáng)作用的早期模型。從1948年開始,研究人員將這種計(jì)算模型的思想應(yīng)用到B型圖靈機(jī)上。
法利和韋斯利·A·克拉克(1954)首次使用計(jì)算機(jī),當(dāng)時(shí)稱作計(jì)算器,在MIT模擬了一個(gè)赫布網(wǎng)絡(luò)。納撒尼爾·羅切斯特(1956)等人模擬了一臺(tái) IBM 704計(jì)算機(jī)上的抽象神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的行為。
弗蘭克·羅森布拉特創(chuàng)造了感知機(jī)。這是一種模式識(shí)別算法,用簡(jiǎn)單的加減法實(shí)現(xiàn)了兩層的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)。羅森布拉特也用數(shù)學(xué)符號(hào)描述了基本感知機(jī)里沒有的回路,例如異或回路。這種回路一直無法被神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理,直到保羅·韋伯斯(1975)創(chuàng)造了反向傳播算法。
在馬文·明斯基和西摩爾·派普特(1969)發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于機(jī)器學(xué)習(xí)的研究以后,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究停滯不前。他們發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)關(guān)鍵問題。
第一是基本感知機(jī)無法處理異或回路。第二個(gè)重要的問題是電腦沒有足夠的能力來處理大型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所需要的很長的計(jì)算時(shí)間。直到計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的計(jì)算能力之前,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展緩慢。
二、反向傳播算法與復(fù)興
后來出現(xiàn)的一個(gè)關(guān)鍵的進(jìn)展是保羅·韋伯斯發(fā)明的反向傳播算法(Werbos 1975)。這個(gè)算法有效地解決了異或的問題,還有更普遍的訓(xùn)練多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的問題。
在二十世紀(jì)80年代中期,分布式并行處理(當(dāng)時(shí)稱作聯(lián)結(jié)主義)流行起來。戴維·魯姆哈特和詹姆斯·麥克里蘭德的教材對(duì)于聯(lián)結(jié)主義在計(jì)算機(jī)模擬神經(jīng)活動(dòng)中的應(yīng)用提供了全面的論述。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)上被認(rèn)為是大腦中的神經(jīng)活動(dòng)的簡(jiǎn)化模型,雖然這個(gè)模型和大腦的生理結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)存在爭(zhēng)議。人們不清楚人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能多大程度地反映大腦的功能。
支持向量機(jī)和其他更簡(jiǎn)單的方法(例如線性分類器)在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的流行度逐漸超過了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),但是在2000年代后期出現(xiàn)的深度學(xué)習(xí)重新激發(fā)了人們對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的興趣。
三、2006年之后的進(jìn)展
人們用CMOS創(chuàng)造了用于生物物理模擬和神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的計(jì)算設(shè)備。最新的研究顯示了用于大型主成分分析和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的納米設(shè)備具有良好的前景。
如果成功的話,這會(huì)創(chuàng)造出一種新的神經(jīng)計(jì)算設(shè)備,因?yàn)樗蕾囉趯W(xué)習(xí)而不是編程,并且它從根本上就是模擬的而不是數(shù)字化的,雖然它的第一個(gè)實(shí)例可能是數(shù)字化的CMOS設(shè)備。
在2009到2012年之間,Jürgen Schmidhuber在Swiss AI Lab IDSIA的研究小組研發(fā)的循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)贏得了8項(xiàng)關(guān)于模式識(shí)別和機(jī)器學(xué)習(xí)的國際比賽。
例如,Alex Graves et al.的雙向、多維的LSTM贏得了2009年ICDAR的3項(xiàng)關(guān)于連筆字識(shí)別的比賽,而且之前并不知道關(guān)于將要學(xué)習(xí)的3種語言的信息。
IDSIA的Dan Ciresan和同事根據(jù)這個(gè)方法編寫的基于GPU的實(shí)現(xiàn)贏得了多項(xiàng)模式識(shí)別的比賽,包括IJCNN 2011交通標(biāo)志識(shí)別比賽等等。
他們的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也是第一個(gè)在重要的基準(zhǔn)測(cè)試中(例如IJCNN 2012交通標(biāo)志識(shí)別和NYU的揚(yáng)·勒丘恩(Yann LeCun)的MNIST手寫數(shù)字問題)能達(dá)到或超過人類水平的人工模式識(shí)別器。
類似1980年Kunihiko Fukushima發(fā)明的neocognitron和視覺標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(由David H. Hubel和Torsten Wiesel在初級(jí)視皮層中發(fā)現(xiàn)的那些簡(jiǎn)單而又復(fù)雜的細(xì)胞啟發(fā))那樣有深度的、高度非線性的神經(jīng)結(jié)構(gòu)可以被多倫多大學(xué)杰弗里·辛頓實(shí)驗(yàn)室的非監(jiān)督式學(xué)習(xí)方法所訓(xùn)練。
2012年,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了快速的發(fā)展,主要原因在于計(jì)算技術(shù)的提高,使得很多復(fù)雜的運(yùn)算變得成本低廉。以AlexNet為標(biāo)志,大量的深度網(wǎng)絡(luò)開始出現(xiàn)。
2014年出現(xiàn)了殘差神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)極大解放了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度限制,出現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)的概念。
構(gòu)成
典型的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有以下三個(gè)部分:
1、結(jié)構(gòu)(Architecture)結(jié)構(gòu)指定了網(wǎng)絡(luò)中的變量和它們的拓?fù)潢P(guān)系。例如,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的變量可以是神經(jīng)元連接的權(quán)重(weights)和神經(jīng)元的激勵(lì)值(activities of the neurons)。
2、激勵(lì)函數(shù)(Activation Rule)大部分神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具有一個(gè)短時(shí)間尺度的動(dòng)力學(xué)規(guī)則,來定義神經(jīng)元如何根據(jù)其他神經(jīng)元的活動(dòng)來改變自己的激勵(lì)值。一般激勵(lì)函數(shù)依賴于網(wǎng)絡(luò)中的權(quán)重(即該網(wǎng)絡(luò)的參數(shù))。
3、學(xué)習(xí)規(guī)則(Learning Rule)學(xué)習(xí)規(guī)則指定了網(wǎng)絡(luò)中的權(quán)重如何隨著時(shí)間推進(jìn)而調(diào)整。這一般被看做是一種長時(shí)間尺度的動(dòng)力學(xué)規(guī)則。一般情況下,學(xué)習(xí)規(guī)則依賴于神經(jīng)元的激勵(lì)值。它也可能依賴于監(jiān)督者提供的目標(biāo)值和當(dāng)前權(quán)重的值。
例如,用于手寫識(shí)別的一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),有一組輸入神經(jīng)元。輸入神經(jīng)元會(huì)被輸入圖像的數(shù)據(jù)所激發(fā)。在激勵(lì)值被加權(quán)并通過一個(gè)函數(shù)(由網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)者確定)后,這些神經(jīng)元的激勵(lì)值被傳遞到其他神經(jīng)元。
這個(gè)過程不斷重復(fù),直到輸出神經(jīng)元被激發(fā)。最后,輸出神經(jīng)元的激勵(lì)值決定了識(shí)別出來的是哪個(gè)字母。
三、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的公共特征
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的公共特征,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有以下幾個(gè)特征:以分布式方式存儲(chǔ)信息;以并行協(xié)同方法處理信息;具有較強(qiáng)的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力;具有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力;具有較強(qiáng)的非線性映射能力。
四、實(shí)現(xiàn)人工智能的三要素
數(shù)據(jù)——人工智能的糧食
實(shí)現(xiàn)人工智能的首要因素是數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)是一切智慧物體的學(xué)習(xí)資源,沒有了數(shù)據(jù),任何智慧體都很難學(xué)習(xí)到知識(shí)。自從有記錄以來,人類 社會(huì) 發(fā)展了數(shù)千年,在這期間,人類 社會(huì) 不斷發(fā)展變化,從最早的原始 社會(huì) 到奴隸 社會(huì) ,再到封建 社會(huì) 、資本主義 社會(huì) 、 社會(huì) 主義 社會(huì) ,未來還會(huì)發(fā)展到共產(chǎn)主義 社會(huì) ,在這漫長的發(fā)展過程中,都少不了數(shù)據(jù)做為人類 社會(huì) 發(fā)展的動(dòng)力。
人類 社會(huì) 之所以發(fā)展的越來越高級(jí)文明,離不開學(xué)習(xí)知識(shí),而知識(shí)的傳播流傳越快,則 社會(huì) 發(fā)展也越快,在封建 社會(huì) 以前,知識(shí)的傳播從口口相傳到甲骨文,再到竹簡(jiǎn)記錄,就算是封建 社會(huì) 后期的紙質(zhì)記錄,其知識(shí)的傳播速度也無法和今天的互聯(lián)網(wǎng)知識(shí)的傳播速度相提并論。
一般來說,知識(shí)的獲取來自兩種途徑,一種是通過他人的經(jīng)驗(yàn)而獲得的知識(shí),也就是他人將知識(shí)整理成冊(cè),然后供大家學(xué)習(xí),這也是目前的主流學(xué)習(xí)方式;另一種就是通過自己的 探索 而獲得的知識(shí),這種學(xué)習(xí)方式目前只存在高精尖領(lǐng)域的知識(shí)學(xué)習(xí),由于在已有的開放 社會(huì) 資源中,找不到可以學(xué)習(xí)的知識(shí),只有自我 探索 獲取。
無論哪種學(xué)習(xí)方式,都要通過學(xué)習(xí)載體來傳播知識(shí),無論是面對(duì)面講述,實(shí)踐操作,還是書本記錄,或是電子刊物,亦或者影像資料等,這些都是學(xué)習(xí)載體,我們都可以稱其為數(shù)據(jù),學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的質(zhì)量從根本上影響了學(xué)習(xí)的效果,所以對(duì)于人類學(xué)習(xí)而言,找一個(gè)好的老師,有一本好的書籍都是非常重要的學(xué)習(xí)選擇。
既然人類的學(xué)習(xí)非常依賴于數(shù)據(jù)的質(zhì)量,那么AI學(xué)習(xí)知識(shí)的時(shí)候,是否也會(huì)存在同樣的問題呢?答案當(dāng)然是肯定的,不僅如此,而且AI學(xué)習(xí)知識(shí)的時(shí)候?qū)τ跀?shù)據(jù)的依賴還要高于人類。人類相比目前的AI而言,是具有推理能力的,在學(xué)習(xí)某些具有關(guān)聯(lián)性知識(shí)的時(shí)候,通過推理聯(lián)想可以獲得更多的知識(shí)。從另一角度來講,在某種特定場(chǎng)景下,即使數(shù)據(jù)不夠完整全面,對(duì)于人類的學(xué)習(xí)影響也不會(huì)太大,因?yàn)槿祟悤?huì)利用推理和想象來完成缺失的知識(shí)。而目前AI的推理能力還處于初級(jí)研究階段,更多的難題還等著業(yè)內(nèi)技術(shù)人員來攻克。
由此可見,目前AI學(xué)習(xí)知識(shí)大部分基本都是依賴于數(shù)據(jù)的質(zhì)量的,在這種情況下,連人工智能專家吳恩達(dá)都發(fā)出人工智能=80%數(shù)據(jù)+20%算法模型的感慨,可見人工智能的“糧食安全”問題還是非常緊迫的,如果“糧食”出現(xiàn)了質(zhì)量安全問題,那么最終將會(huì)導(dǎo)致人工智能“生病”??梢姅?shù)據(jù)的好壞基本上大概率的決定了智能化的高低,有人會(huì)說,我可以通過提高算法模型來提高效果啊,不幸的是,在數(shù)據(jù)上稍微不注意造成了質(zhì)量問題,需要在算法上歷盡千辛萬苦來提高效果,而且還不一定彌補(bǔ)得上,數(shù)據(jù)對(duì)于人工智能最終的發(fā)展結(jié)構(gòu)可見一斑。
算力——人工智能的身體
算力是實(shí)現(xiàn)人工智能的另一個(gè)重要因素,算力在一定程度上體現(xiàn)了人工智能的速度和效率。一般來說算力越大,則實(shí)現(xiàn)更高級(jí)人工智能的可能性也更大。算力是依附于設(shè)備上的,所以一般談?wù)撍懔?,都是在說具體的設(shè)備,比如CPU、GPU、DPU、TPU、NPU、BPU等,都是屬于算力設(shè)備,只是他們有各自不同的能力而已。具體介紹可以閱讀 《CPU、GPU、DPU、TPU、NPU...傻傻分不清楚?實(shí)力掃盲——安排!》 一文,介紹相當(dāng)全面,從APU到ZPU,各種PU全部介紹完了,掃盲是夠了。
算力設(shè)備除了上面的各種PU之外,每一種設(shè)備下面還會(huì)分不同的系列,比如英偉達(dá)的GPU在PC端有消費(fèi)級(jí)的GeForce系列,專業(yè)制圖的 Quadro 系列、專業(yè)計(jì)算的 Tesla系列 等,而GeForce系列細(xì)分還可以分為GT、GTX、RTX等,當(dāng)然每種子系列下還可以繼續(xù)細(xì)分,比如GTX下面有GTX1050、GTX1050Ti......GTX1080、GTX1080Ti,還有GTX Titan等更強(qiáng)大的系列,RTX下面也一樣包括了更詳細(xì)的等級(jí)劃分,具體選擇哪個(gè)系列要看具體使用場(chǎng)景而定,當(dāng)然還和自身的消費(fèi)實(shí)力相關(guān),算力性能越強(qiáng)大也意味著更多的真金白銀。
下面是RTX20系列的各種顯卡的性能對(duì)比:
RTX30系列的各種顯卡的對(duì)比:
此外,英偉達(dá)還有嵌入式端的各種顯卡系列,比如適用于自主機(jī)器AI平臺(tái)的JetSon系列、DRIVE AGX系列、Clara AGX系列等,以及云端的一些計(jì)算資源。同樣每種系列還是做了進(jìn)一步的細(xì)分,比如Jetson下面就根據(jù)其算力核心數(shù)就分成了Jetson Nano、Jetson TX2、Jetson Xavier NX、Jetson AGX Xavier等四款設(shè)備。
對(duì)于廠家而言,產(chǎn)品分的越細(xì),越利于宣傳和推廣,對(duì)于消費(fèi)者而言,可選擇性也大大增加,但是也對(duì)消費(fèi)者的基本知識(shí)也有了要求,如果不清楚各種產(chǎn)品的差異,那么就很容易選擇錯(cuò)誤,而現(xiàn)在的顯卡市場(chǎng)就是如此,需要一些專業(yè)的知識(shí)才能夠選對(duì)自己所需的顯卡類型。希望大家經(jīng)過科普后都能夠選對(duì)自己的顯卡型號(hào),是打 游戲 、制圖、還是計(jì)算,心里要有一個(gè)對(duì)應(yīng)的系列型號(hào)才行,不然可要陷入選擇困難癥中了。
以目前人工智能主流技術(shù)深度學(xué)習(xí)為例,它的學(xué)習(xí)過程就是將需要學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)放在在算力設(shè)備上運(yùn)行,經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)億萬次的計(jì)算和調(diào)整,得到一個(gè)最優(yōu)解的過程。如果把數(shù)據(jù)當(dāng)成人工智能的“糧食”,那么算力就是撐起人工智能的“身體”,所有的吃進(jìn)去的“糧食”都需要“身體”來消化,提取“營養(yǎng)”幫助成長。同樣,人工智能的數(shù)據(jù)也是需要經(jīng)過算力來逐一運(yùn)算,從而提取數(shù)據(jù)的特征來作為智能化程度的標(biāo)志的。
算法——人工智能的大腦
算法是人工智能程序與非人工智能程序的核心區(qū)別,可以這么理解,就算有了數(shù)據(jù)、有了算力,但是如果沒有核心算力,也只能算是一個(gè)看起來比較高大上的資源庫而已,由于沒有算法的設(shè)計(jì),相當(dāng)于把一大堆的資源堆積了起來,而沒有有效的應(yīng)用。而算法就是使得這對(duì)資源有效利用的思想和靈魂。
算法和前兩者比起來,算法更加的依賴于個(gè)人的思想,在同一家公司里,公司可以給每個(gè)算法工程師配備同樣的數(shù)據(jù)資料和算力資源,但是無法要求每個(gè)算法工程師設(shè)計(jì)出來的算法程序的一致性。而算法程序的不一致性,也導(dǎo)致了最終智能化的程度千差萬別。
相對(duì)于數(shù)據(jù)是依賴于大眾的貢獻(xiàn),算力是依賴于機(jī)構(gòu)組織的能力,而算法更加的依賴于個(gè)人,雖然很多公司是算法團(tuán)隊(duì),但是真正提出核算算法思想的也就是那么一兩個(gè)人,毫不夸張的說其他人都是幫助搬磚的,只是這種算法層面的搬磚相對(duì)純軟件工程的搬磚,技能要求要更高而已。這點(diǎn)和建筑設(shè)計(jì)一樣,很多著名的建筑設(shè)計(jì),其思想都是來自于一個(gè)人或者兩個(gè)人,很少見到一個(gè)著名的設(shè)計(jì)其思想是由七八個(gè)人想出來的。
由于算法設(shè)計(jì)的獨(dú)特性,和數(shù)據(jù)與算力相比,在人工智能的三個(gè)要素中,算法對(duì)人工智能的影響更大,這是因?yàn)樵谄綍r(shí)的工作當(dāng)中,只要大家花上時(shí)間和費(fèi)用,基本都可以找到好一些的數(shù)據(jù)和算力設(shè)備,但是算法由于其獨(dú)特性,很多的算法是有專利或者沒有向外界開源的,這個(gè)時(shí)候的差異就要在算法上體現(xiàn)出來了。
現(xiàn)在的大學(xué)和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的人工智能專業(yè),其學(xué)習(xí)方向也主要是以算法為主。因?yàn)閿?shù)據(jù)是由大眾產(chǎn)生,又由一些互聯(lián)網(wǎng)大廠存儲(chǔ)的,一般個(gè)人很少會(huì)去做這一塊;而算力設(shè)備是由芯片公司控制著的;做為獨(dú)立的個(gè)人最能夠發(fā)揮效力的就在人工智能的算法方向了。培養(yǎng)優(yōu)秀的算法人才對(duì)于人工智能的發(fā)展至關(guān)重要。目前市場(chǎng)上關(guān)于圖像視覺、語音信號(hào)、自然語言、自動(dòng)化等方向的算法工程師供不應(yīng)求,薪資水平也是遠(yuǎn)超其他互聯(lián)網(wǎng)軟件行業(yè)的崗位。
后記:
當(dāng)前,國內(nèi)人工智能發(fā)展正處于高速成長期,未來將會(huì)進(jìn)入爆發(fā)期,無論從業(yè)者是處于人工智能的數(shù)據(jù)處理方向,還是人工智能的算力設(shè)備研發(fā)方向,或者是人工智能的算法研發(fā)方向,都將會(huì)迎來巨大的行業(yè)紅利和豐厚的回報(bào)。而人工智能算法方向又是學(xué)習(xí)回報(bào)比最高的一個(gè)方向,做為沒有背景的個(gè)人,是進(jìn)入人工智能行業(yè)的最佳選擇 。
文/deep man
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