一、Introduction to Neural Networks (NNs)

1、人工神经网络的定义

•  人工神经网络（英语：Artificial Neural Network，ANN），简称神经网络（Neural Network，NN）或类神经网络，是一种模仿生物神经网络（动物的中枢神经系统，特别是大脑）的结构和功能的数学模型，用于对函数进行估计或近似。
• 和其他机器学习方法一样，神经网络已经被用于解决各种各样的问题，例如机器视觉和语音识别。这些问题都是很难被传统基于规则的编程所解决的

2、神经元定义

        神经元是人工神经网路中最小的结构。 在生物神经网络中，每个神经元与其他神经元相连，当它“兴奋”时，就会向相连的神经元发送化学物质，从而改变这些神经元内的电位；如果某神经元的电位超过了一个“阈值”，那么它就会被激活，即“兴奋”起来，向其他神经元发送化学物质。 

        1943 年，McCulloch 和 Pitts 将上述情形抽象为上图所示的简单模型，这就是一直沿用至今的 M-P 神经元模型。把许多这样的神经元按一定的层次结构连接起来，就得到了神经网络。一个简单的神经元如下图所示：

3、激活函数（Activation function） 

（1）常见的激活函数

看图可知：

• sigmoid 只会输出正数，以及靠近0的输出变化率最大
• tanh和sigmoid不同的是，tanh输出可以是负数
• Relu是输入只能大于0,如果你输入含有负数，Relu就不适合，如果你的输入是图片格式，Relu就挺常用的，因为图片的像素值作为输入时取值为[0,255]。

 （2）激活函数的作用

• 增加模型的非线性分割能力

• 提高模型鲁棒性

• 缓解梯度消失问题

• 加速模型收敛等

（3）激活函数的例子

通过不带激活函数的感知机（一层或者两层神经网络）模型我们可以划出一条线, 把平面分割开：

 但是如果此时，我们在前面感知机的基础上加上非线性的激活函数之后，输出的结果就不在是一条直线  ：

4、单层、双层、多层神经网络

参考之前文章： Week 5 Image Classification、Bag of Visual Words (Bag of Features) and Multi-Layer Neural Networks_金州饿霸的博客-CSDN博客

二、Neural Classifier

1、Binary Classifier（二分类）

（1）具体步骤

• 通过输入x1，x2，x3
• 然后经过神经元的处理，计算w1*x2 + w2*x2 + w3*x3的值
• 把计算结果代入sigmoid函数，sigmoid函数如下图
• 得出一个输出，这个输出就是判断某一个分类的概率

（2）举个例子：
假设，让这个神经网络去判断一个学生是不是好学生。
我们设x1表示学生的成绩、x2表示学生的体能、x3表示这个学生玩游戏厉不厉害，

w1表示老师对此学生的x1成绩的支持程度，w2表示老师对此学生x2的支持程度，w3表示老师对此学生x3的支持程度，如果w权重是小于0的，表示老师对此学生的某个品质持反对态度，否则持支持态度。

小明的品质：x = [3, 2, 4]

小明的老师：w = [2, 1, -5]

小明的老师以 w权重的标准去评价小明是不是好学生，可见，小明的老师对小明打游戏这个行为是嫉恶如仇的，其实小明学习还不错，绩点3.0，体能也不错及格2.0，打撸啊撸玩吃鸡就牛逼了，上4.0的战绩了。

那么老师对小明的评价是： 3*2 + 2*1 + 4*(-5) = -12

代入sigmoid函数以后，f(x) = 1 / (1 + e^12) ，显然，f(x)的值是很小的，肯定小于0.5了，那么小明有很小的概率被老师评价为好学生

（3）二分类结构图

注意在score输出前要用softmax把它转成概率向量：

 2、Loss Function-Cross-Entropy

三、Training NNs

四、The challenge of statistical language modelling

1、LM评价指标——困惑度（Perplexity）

困惑度（Perplexity, PP）用来评估一个语言模型的好坏。我们知道语言模型是用来计算一个句子的概率，但实际中，我们不会使用原始的概率作为语言模型的度量。

（1）困惑度公式

 

2、n-gram models的局限性

• 对于捕获远程依赖关系无效
• 难以解释生词
• 没有自然的方式来结合词之间的隐含相似性
• 维度灾难（参数数量呈指数增长）

 

五、Feedforward NN Language Models

六、Recurrent Neural Networks (RNNs)

七、RNN Language Models

八、A few important papers