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图解深度学习:理论与实践指南
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更新于2024-07-01
3
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《图解深度学习》是一本由日本作者山下隆义所著,张弥翻译的深入浅出的深度学习教程。该书从深度学习的历史发展脉络入手,以图文并茂的方式,全面介绍了深度学习的基本概念、理论基础和实际应用。它涵盖了各种深度学习方法,如神经网络、卷积神经网络(CNN)、受限玻尔兹曼机、自编码器等,这些是构成深度学习核心的算法模型。 书中特别强调了深度学习对大量数据的依赖性,无论是有监督学习还是无监督学习,都需要通过训练网络来实现对输入数据的分类或预测。对于实际操作,作者详细讲解了如何使用诸如Theano、Pylearn2、Caffe、DIGITS、Chainer和Tensorflow等深度学习工具,这些工具是深度学习实践中的关键支撑,它们在模型构建、训练和优化过程中扮演着重要角色。 通过丰富的136张插图和60段代码示例,读者能够直观地理解和掌握理论知识,并将其应用到实际项目中。这本书不仅适合希望系统学习深度学习的初学者,也适合有一定基础的研究者和工程师,因为书中不仅有理论阐述,还有实战案例,帮助读者提高深度学习的实战能力。 此外,《图解深度学习》还讨论了如何提升模型的泛化能力,这是深度学习中一个关键议题,确保模型在未见过的数据上也能表现出良好的性能。书中强调了理论与实践相结合的重要性,让读者在理解深度学习背后的原理的同时,也能熟练运用到实际问题的解决中。 这本书是一本全面而实用的深度学习指南,它以清晰易懂的语言和详实的实例,引导读者探索深度学习的世界,为读者提供了从入门到进阶的宝贵资源。无论是想要踏入这个领域的新人,还是已经在深度学习领域耕耘的专家,都能从中受益匪浅。
资源详情
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仅供|川市、
IV.
川
i
主"x
交流学习使用
4
I
第
1
章绪论
可以识别图像,
很强大!
事
口为
口川
、
、
LV
体
物
4
前
u
m
习
W
学忏
度
阳阿
莱
夫
于
妇
基自
’摘
同时期,
Google
开发的向动学习方法通过深度学习实现了猫脸识
另
l
j
(48
],这使得深度学习变得广为人知(罔
1.3
)
。
Google
使用的是无监
训练数据使用
You
Tu be
上的视频,
系统能够自动获取对特定图像做出反应的神经元
对人脸做出反应的神经元的均值图像
对猫脸做出反应的神经元的均值图像
是因为视频中频繁出现|
γ
f
宁
械制脸,所以系统
L
国均?
才能够自动识别的吗?
「
一/
飞纳
自动获取对人脸和猫脸做出反应的神经元图像
摘
自文献[
48JFigure3
和
Figure6
仅供才|商业用途或交流学习使用
1.2
深度学习的发展历程
I s
督学习的方法,向 计
算机
展示
YouTube
上的视频后,系统能够自动获取
对“猫脸”产生强烈反应的特定神经元
。
这个过程与婴儿识别物体并记
住物体名称
的过程
一致
。
除猫脸外,这种学习方法也能自动获取对人脸
做出反应的神经元
。
Google
收购的
D
巳
epMind
公司也提出了
一
种自动
学习方法一一在设
置游戏任务
后,机器能够向动
学习
如何操作才能得到
高分[
45,
46
]
。
这种方法
被科学杂志
Nature
刊载一一这在人工智能研究中具有划时代的意义
。
深度学
习之所以能吸引众
多领域
的
关注
,也得益于人们可以非
常轻
松地获取大量训练数据,多种性能提升方法的出现,以及
GPU
和内存
等硬件的进步,这些因素完美
地
结合到了一起
。
由于互联网的普及以及
高速通信环境
的
逐步完善,人
们能
够从互联网上获取大量公开的图像数
据
。
目前用于图像识别的
数据集中包含了数百万张图像[
32
,
53
],用于语音
识别的
数据集
中也包
含了数百
小时的
语音数据
。
为了提升’性能,人们提
出了
Dropout
等防
止过拟
合
的
方法[
65
],为了使
训
练过程顺利收敛,人
们
又提
出了激活函数[
47
]
和预训
练方法[
4
]等
,这些方法对
深度学习
的性能
提升起到了
支撑
作用
。
而硬件的进步
主要体现在
GPU
的问世
,其高性能为深度学习
的
飞跃性发展提供了硬件支撑
。
GPU
是图形处理器(
Graphics
Processmg
Unit
)
的简称,
专 门用
在游戏或图形软
件
等图形处理单元(图
1.4
)
。
GPU
中集成了大量计算单元,能够提供并行运算的能力
。
目前,
NVIDIA
就提供了 一种名为
CU
DA
的
并行计
算编程环境,而
N
VIDIA
的
GPU
包括面向
大众的
GeF
orce
系列和面向科
学计算的
Tesla
系列,
以
及
面向嵌入式的
GPU
主板
Tegra
系列
。
处理时间长是深度学习的一个主要
问题
,
而
CUDA
支持并行处理,不仅
可以帮助
GPU
大幅缩
短处理
时间,
还能提供面向深度学习的快速计算库[
10
]
。
特别是最近几年,随着
GPU
处理能力的飞速进步
,在
2012
年需要
l
个月才能
完成的深度学习训练,
在
2015
年只需几天即可完成
。
在这样的背景下,深度学习的发展恰逢
其时,将会引发进一步的革新和发展
。
6
I
第
1
章结论
面向大众的
Ge
Fo
r
ce
系列
仅供
|
川市
、
I
V.
川
i
主"x
交流学习使用
面向科学计算的
T
esla
系列
~~:
,
持并行处理关
7
号事
照片提供
NVIDIA
为什么是深度学习
面向嵌入式的
GPU
主板
T
eg
「
a
系列
深度学习在各个领域的基准测试中均打破了原有的性能极限,取
得了令人瞩目的成绩
。
此
外,深度学习还能模仿人脑机
制
获取知识
。
在基准测试
中
取得好成绩
也
证
明
了深度学习方法的优越性
。
深度学习
的精妙之处更在于能够自动学习提取
什
么样的特征才能获得更好
的性
能
。
如图
1.5
所示,以往的机器学习都是人类手动设计特征值
。
例如,
在进行图像分类
时
,需要事先确定颜色、边缘或范围,再进行机器学
习
;
而深度学习
则
是通过学习大量数据向动确定需要提取的特征信息,
甚至还能向动获取一些人类无法想象的由颜色和边缘等组合起来的特
征信息
。
所
以
,
利
用深度学习,
即
便是难度较高
的
认
证问 题
也能
得
到
绝佳
的
性
能
。
以往的机器学习
己>
输入图像
深度学习
仅供||
:商
业用途或交流节斗使用
1.4
什么是深度学习
I
1
特征提取
颜色和边缘等人为
定义的提取方法
己>
1
1
~
守
特征值
特征提取与识别处理
c>I
…识即取的信息
l
e>
~
输入图像
I.ft'
置,
,
..
,;
a.,i
“
I
E
画~
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b
a
画
11
~
I
I
『
霄”
\.t
rw
1
.._
..
,
无需入为选择,深度学习会自动为我们
获取特征信息。
识别结果
令
·/A
~
》
7
飞
4
、,
~y
u
7
、立
了
兰
I/}
以往的机器学习和深
度学
习在处理上的不同之处
什么是深度学习
“深度学习”只是
一个概念性描述
,那么到底什么
是深度学习
呢?
深度学习一般是指具有多层结构的网络
,
不过对于网络的层数没有严格
定义,网络生成方法也是多种多样
。
深度学习的分类方法有很多种,按
照起源分类的结果如图
1.6
所示
。
仅供非商业用途或交流学习使用
s
I
第
1
章绪论
人工智能模型
多层感知器
@
深自转主网络
卷积神经网络
泪主学习
深度信念网络
深度玻尔兹曼机
图模型
…多!可
(
这种多层…度学习
二
号重
国
Im
深度学习方法的分类
深度学习的起源包括感知器[元]和玻尔兹曼机(!]
。
起师、于“感知器”
的深度学习中,最基本的结构是把多个感知器组合到
一
起得到的多层感
知器
。
在多层感知器的基础上加人类似人类视觉皮质的结构而得到的卷
积神
经
网络[
35
,
36
]被广泛应用于图像识别领域
。
起源于“基于图模型的
玻尔兹曼机”的深度学习中,深度玻尔兹
曼
机[
60
]以及深度信念网络(
25]
是通过把多个受限玻尔兹曼机(
15
,
64
]组合到一起而得到的
。
起源于感知器的深度学习是一种有监督学习,根据期望输出训练网
t
各;而起源于受限玻尔兹曼机的深度学习是一种无监督学习,只根据特
定的训练数据训练网络
。
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