什麼是類神經網路?

類神經網路是一種機器學習演算法,受人類大腦運作方式啟發。這項強大工具擅長解決傳統電腦演算法難以處理的複雜問題,例如圖像辨識和自然語言處理等。


類神經網路是由多個稱為神經元的互連節點構成,這些單元會以分層式結構排列。每個神經元會先接收來自其他神經元的輸入內容,待處理完畢後,再將輸出內容傳送至其他神經元。神經元間的連結往往會有相關權重值,用來代表連結強度。訓練期間,類神經網路會調整這些權重值,以提升處理特定工作時的效能。藉由這樣的學習過程,類神經網路能夠做出預測並辨識模式,因此逐漸在各種應用情境中獲得廣泛採用,包括圖像辨識、自然語言處理和機器翻譯等領域。



類神經網路如何運作?

類神經網路學習的過程稱為「訓練」,期間這類模型會建立神經元間的連結,並適當調整相應連結的權重。您需要為類神經網路提供大量資料集,讓這類模型用來調整權重,盡量減少預測錯誤,確保結果與實際值趨近一致。這個過程與人類的學習方式類似,也就是藉由反覆接觸資料,提升辨識模式的能力。


類神經網路是透過反向傳播技術完成權重調整工作。反向傳播技術會計算輸出內容中的錯誤,並透過網路傳回錯誤,然後反覆調整權重,直到達到理想的準確度為止。訓練完成後,類神經網路就能對新資料進行預測,例如識別圖片中的貓咪等。

類神經網路用途示例

除了廣泛的應用領域,您也可以參考下列幾項具體的類神經網路應用實例:


  • 手寫辨識:類神經網路能夠辨識出手寫字元,讓使用者得以將手寫文件數位化,或是自動排序郵件。


  • 臉部辨識:舉凡安全防護系統、社群媒體標記和個人化廣告,都是藉助類神經網路的強大功能來進行臉部辨識。


  • 醫學圖像分析:使用者可透過類神經網路,偵測 X 光片和磁振造影 (MRI) 掃描等醫學圖像中的異常狀況,有效診斷疾病及規劃治療方案。


類神經網路的類型

類神經網路往往會依據架構、訓練方式和用途分類,常見的類型包括:


  • 前饋類神經網路:這種基本類神經網路會以線性模式處理資料,由輸入到輸出循序漸進,不會來回循環。前饋類神經網路通常用於簡單的工作,例如分類和迴歸。
  • 循環類神經網路 (RNN):RNN 專為時間序列或自然語言等循序資料設計,這種類神經網路會使用回饋循環保留過去的輸入記錄,相當適合用來處理含有時間元件的資料。
  • 卷積類神經網路 (CNN):CNN 經過特別設計,適用於有關圖像的工作。這種類神經網路會使用卷積層擷取圖像的特徵,進而辨識邊緣和形狀等模式。
  • 生成對抗網路 (GAN):GAN 由產生器和鑑別器構成,這種類神經網路的運作方式是讓這兩個元件對抗。產生器會生成資料,鑑別器則可評估資料的真實性。通常在生成圖像、影片和音訊時,兩者就會互相對抗,之後產生器即可生成更真實的資料。


類神經網路的重要性

類神經網路正逐漸成為許多企業和機構的必備工具。

以下是類神經網路為何如此重要的幾個原因:

  • 實現自動化作業:類神經網路可協助自動執行原先由人類處理的工作,例如客戶服務、資料分析和影像處理等,為企業節省時間與費用。
  • 改良決策制定流程:企業能夠提供實用的洞察資料,引導人員做出更明智的決策,而這類資料往往很難或無法透過傳統做法取得。
  • 提高效率:將工作自動化、減少錯誤和提升決策品質,是改善業務流程的不二法門。
  • 推出新產品和服務:企業得以創造只有使用 AI 才能成真的新產品與服務。

類神經網路的應用領域

類神經網路適用於各種應用領域,包括:

圖片辨識

輕鬆辨識圖像中的物件,適合應用在自動駕駛汽車、社群媒體平台和醫療診斷領域。

自然語言處理 (NLP)

類神經網路帶來機器翻譯、文字摘要和情緒分析功能,也是驅動 Google 翻譯與聊天機器人等工具的基礎。

金融模型建立

金融機構可善用類神經網路分析歷來金融資料,從中找出趨勢與模式,並據此考量適當的投資決策。在這個領域中,類神經網路也能用來管理風險、偵測詐欺活動和最佳化投資組合。

醫療診斷

藉助類神經網路,使用者可運用醫學資料識別與特定疾病相關的模式,進而診斷出疾病並預測病患的治療效果。這可幫助醫生做出更準確的診斷,據此制定貼近個別病患需求的治療方案。

機器人

類神經網路可用來控管並訓練機器人的行動,以利執行組裝、焊接和手術等複雜工作。使用者也能運用類神經網路,協助機器人導航和規劃路線。

Self-driving vehicles

類神經網路可識別行人、紅綠燈和其他車輛等物體,讓自動駕駛汽車的視覺系統判斷如何安全地駕駛。此外,類神經網路也能協助處理多項相關工作,例如維持車道、主動定速巡航來保持車距,以及避免碰撞等。

詐欺偵測

類神經網路會分析信用卡交易資料,並從中識別與詐欺行為相關的模式,藉此偵測詐欺交易,讓銀行和其他金融機構可有效防止詐欺活動。

垃圾郵件過濾

類神經網路會分析電子郵件內容,幫忙找出與垃圾郵件相關的模式,引導系統過濾垃圾郵件,以免使用者收到不請自來的電子郵件。

類神經網路的優點

與傳統電腦演算法相比,類神經網路擁有更多優點,包括:

  • 適應能力:類神經網路能夠學習新資料並據此調整,因此比傳統演算法更有彈性,也更穩健可靠。
  • 非線性關係檢測能力:類神經網路可以瞭解複雜的非線性資料關係,這是傳統演算法難以辦到的。
  • 平行處理能力:類神經網路具備平行處理特性,可同時在多個處理器上運作,因此處理速度更快,效率也更高。
  • 容錯能力:比起傳統演算法,類神經網路更加可靠,因為這類演算法不會受到雜訊和資料缺失的影響。
  • 一般化能力:由於類神經網路能夠歸納未學習過的新資料,用途比傳統演算法更多樣化。

類神經網路和深度學習

深度學習是一項強大的機器學習技術,採用了多層式類神經網路。這類深層網路擅長辨識龐大資料集中的複雜模式,為圖像和語言處理等領域帶來新氣象。


舉例來說,深度學習技術可讓自動駕駛汽車偵測路上的物體;驅動語言模型來生成擬真的文字回覆;引導推薦系統提供個人化內容建議,以及透過圖像分析機制協助進行醫療診斷。



傳統類神經網路和深度學習類神經網路的主要差別在於深度,後者採用更多分層。由於深度增加,深度學習類神經網路得以處理複雜問題和處理大量資料,而這些工作通常會讓較簡單的類神經網路不堪重負。

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