什么是神经网络?

神经网络是一种受人脑启发的机器学习算法。这款强大的工具擅长解决传统计算机算法难以处理的复杂问题,例如图像识别和自然语言处理。


神经网络由相互连接的节点(称为神经元)组成,它将这些单元分层排列。每个神经元接收来自其他神经元的输入、对其进行处理,并将输出传输给其他神经元。神经元之间的连接具有相关的权重,表示连接强度。在训练期间,神经网络会调整这些权重以改善其在给定任务上的表现。这种学习过程使得神经网络能够做出预测并识别模式,从而推动它们在图像识别、自然语言处理和机器翻译等各种领域的广泛应用。



神经网络的工作原理是什么?

神经网络的学习是通过在训练过程中建立神经元之间的连接并调整连接权重来实现的。在该过程中,需要向神经网络提供海量数据集,之后神经网络会使用这些数据集来优化其权重,以最大限度地减少预测值与实际值之间的误差。这一过程与人类的学习过程类似,反复接触有助于识别模式。


一种称为反向传播算法的技术有助于这种权重调整。反向传播算法会计算输出中的误差并通过神经网络将其反向传播回去,从而迭代调整权重直到达到所需的准确率水平。经过训练后,神经网络便可用于对新数据做出预测,例如识别图片中的猫。

神经网络示例

除了广泛的应用之外,以下是神经网络实际应用的具体示例:


  • 手写识别:神经网络能够识别手写字符,从而可以将手写文档数字化以及自动进行邮件分类。


  • 人脸识别:安全系统、社交媒体标记和个性化广告可以利用神经网络的强大技术支持来进行人脸识别。


  • 医学影像分析:通过神经网络可以检测 X 光片和核磁共振成像扫描等医学影像中的异常,从而帮助疾病诊断和治疗方案制定。


神经网络的类型

我们根据神经网络的架构、训练方法和用途对其进行分类。主要有以下几类:


  • 前馈神经网络:这是一种基本的神经网络,它以线性方式处理数据,即从输入到输出且没有循环。这类神经网络通常用于分类和回归等简单任务。
  • 循环神经网络 (RNN):RNN 专为时序或自然语言等序列数据而设计,它使用反馈环来保留先前输入的记忆,因此适合用于具有时间成分的数据。
  • 卷积神经网络 (CNN):CNN 专为图像相关任务而设计,使用卷积层从图像中提取特征,从而识别边缘和形状等模式。
  • 生成对抗网络 (GAN):GAN 由生成器和判别器组成,并让这两个组件相互对抗。生成器负责创建数据,而判别器则评估其所创建数据的真实性。这种对抗过程使得生成器能够产生越来越真实的数据,通常用于生成图片、视频和音频。


神经网络的重要性

神经网络正在成为对许多企业和组织日益重要的一项工具。

以下是它们为何会如此重要的一些原因:

  • 自动化操作:神经网络可以协助自动完成以前由人类完成的任务,例如客户服务、数据分析和图像处理。这可以为企业节省时间和金钱。
  • 改善决策制定:企业可以通过提供数据洞见来更好地做出决策,而这些数据洞见是使用传统方法难以或无法获得的。
  • 提高效率:企业可以通过自动执行任务、减少错误的发生和改善决策制定来改进业务流程。
  • 新产品和新服务:企业能够创造依托于 AI 的新产品和新服务。

神经网络的应用和用途

神经网络应用广泛,包括:

图像识别

图像中的物体识别可用在汽车自动驾驶、社交媒体平台和医疗诊断等应用场景。

自然语言处理 (NLP)

神经网络可以实现机器翻译、文本总结和情感分析,为谷歌翻译和聊天机器人等工具提供支持。

金融建模

金融机构可以使用神经网络来分析历史财务数据,以及识别趋势和模式来帮助做出投资决策。神经网络还可用来进行风险管理、欺诈检测和投资组合优化。

医疗诊断

借助神经网络,医疗工作者可以通过医疗数据识别与特定疾病相关的模式,以此诊断疾病并预测患者的治疗效果。这或许可以帮助医生做出更准确的诊断并制定个性化的治疗方案。

机器人学

神经网络可以控制和训练机器人的动作来执行复杂的任务,例如组装、焊接和手术。神经网络还可以用于机器人导航和路径规划。

Self-driving vehicles

神经网络可以识别行人、交通信号灯和其他车辆等物体,并据此做出有关如何进行安全驾驶的决策,为自动驾驶型汽车的视觉系统提供技术支持。神经网络还可以帮助完成车道保持、自适应巡航控制和防撞等任务。

欺诈检测

神经网络可以分析信用卡交易数据,识别与欺诈相关的模式,以此检测欺诈交易。它们可以帮助银行和其他金融机构防范欺诈活动。

垃圾数据过滤

神经网络可以分析电子邮件的内容,识别与垃圾邮件相关的模式,以此过滤垃圾邮件。这可以帮助用户避免收到不必要的电子邮件。

神经网络的优势

与传统计算机算法相比,神经网络有如下优势:

  • 适应性:神经网络可以学习并适应新数据,这使得它们比传统算法更灵活、更强大。
  • 非线性:神经网络可以学习数据中复杂的非线性关系,这是传统算法难以解决的问题。
  • 并行处理:神经网络可以并行化,这意味着它们可以在多个处理器上同时运行,从而更快速、更高效。
  • 容错性:神经网络能够容忍噪声和数据缺失,因此比传统算法更加可靠。
  • 泛化:神经网络能够泛化到尚未训练过的新数据,这使得它们比传统算法更具普适性。

神经网络与深度学习

深度学习利用多层神经网络,是机器学习领域的一种强大技术。这些更深层的网络擅长识别海量数据集中的复杂模式,彻底改变了图像和语言处理等领域。


例如,深度学习使自动驾驶型汽车能够检测道路上的物体、使语言模型能够生成类似人类的文本,还能为推荐系统提供技术支持来为用户推荐个性化的内容,以及通过图像分析辅助医疗诊断。



传统神经网络与深度学习之间的主要区别在于它们的深度,深度学习网络包含的层数要多得多。深度学习这种更深层的网络能够解决复杂的问题并处理海量的数据,这些可能都会让简单的网络不堪重负。

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