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人工智能

从零开始构建深度前馈神经网络(Python+TensorFlow 2.x)

作者：张光华

出版社：机械工业出版社出版时间：2021-12-01

开本： 16开 页数： 236

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版权信息
本书特色
内容简介
目录
作者简介

从零开始构建深度前馈神经网络(Python+TensorFlow 2.x) 版权信息

ISBN：9787111696155
条形码：9787111696155 ; 978-7-111-69615-5
装帧：一般胶版纸
册数：暂无
重量：暂无
所属分类：
计算机/网络
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人工智能

从零开始构建深度前馈神经网络(Python+TensorFlow 2.x) 本书特色

适读人群：人工智能与机器学习初学者、深度学习初学者、神经网络初学者图书+视频+GitHub/Gitee+微信公众号+学习管理平台+群+专业助教立体化学习解决方案让数学公式生动易懂，让算法描述简洁、清晰让公式与代码一一对应，让理论与实践相互促进将算法转换为程序，徒手搭建与TensorFlow搭建精准匹配前沿：采用Python+TensorFlow 260编写，帮助读者快速掌握前沿的深度学习框架。透彻：先以通俗易懂的文字讲解神经网络的核心算法思想，再以纯Python代码加深读者对算法思想的理解，通过文字、数学表达和代码三者对应的方式帮助读者理解。原创：通过大量的原创示例，对核心知识点进行多角度详解，帮助读者透彻理解。完整：构建完整的学习资源，并通过全路径学习计划以及线上和线下互动，形成完整的立体化学习解决方案。平滑：对理解和构建前馈神经网络所需要的核心知识点进行精心设计，使得整个学习过程平滑而高效。实践：先以纯Python代码实现算法，再给出TensorFlow实现，理论与实践并重，帮助读者提高实际动手能力。

从零开始构建深度前馈神经网络(Python+TensorFlow 2.x) 内容简介

2016年，一只阿法狗（AlphaGo）为全世界打开了一条窄窄的门缝，通往未来之路就此展现。通过超强硬件和大量的数据积累，人工智能浪潮第三次兴起。借助人工智能技术，公安部门可以轻松抓捕潜逃多年的罪犯，“AI换脸”已经成为普通用户的娱乐方式之一，智慧城市、自动驾驶开始在多个城市有试点……GPT-3、Switch Transformer开启了新的时代，而智源研究院的悟道2.0参量则高达1.75万亿。训练有素的结构生物学家花费上千万美元历时多年的研究结果，AlphaFold v2.0在朝夕之间便完成预测。今天，主动拥抱新变化，积极学习新知识，愈发显得重要。很多人积极投入热情、时间和金钱后，没能坚持多久就中断了学习。也有很多同学对此表示观望甚至放弃，觉得凭自己的基础不足以把握这次机会。诚然，仅凭一本书很难帮助普通读者深刻理解并熟练掌握深度学习中的全部知识，因此“AI精研社”规划了一个系列图书，给出完整的解决方案，希望能帮助读者循序渐进、平滑而高效地成长为合格的人工智能算法实践者（practitioners）。本书是“人工智能与大数据技术大讲堂”系列图书的第2部。本书从体验手写数字（k近邻算法）识别开始，循序渐进地不断加深读者对神经网络模型的理解，进而可以设计并实现自己的模型。另外，本书通过Python+NumPy从零开始构建神经网络模型，强化读者对算法思想的理解，并通过TensorFlow构建模型来验证读者亲手从零构建的版本。前馈神经网络是深度学习的重要知识，其核心思想是反向传播与梯度下降。本书从极易理解的示例开始，逐渐深入，帮助读者充分理解并熟练掌握反向传播与梯度下降算法，为后续学习打下坚实的基础。本书延续理论与实践并重的风格，先以图文方式讲解算法思想，再以Python+NumPy实现算法，然后再给出TensorFlow实现的版本，帮助读者不断加深对核心的算法理解，同时提升实际动手能力，从而锻炼将算法思想转化为程序代码的能力。

从零开始构建深度前馈神经网络(Python+TensorFlow 2.x) 目录

前言第1章环境搭建 1 1.1 下载并安装Python 1 1.2 Python软件环境管理工具Anaconda 2 1.2.1 下载Anaconda 2 1.2.2 安装Anaconda 4 1.2.3 验证Anaconda的安装 6 1.3 通过TUNA加速Anaconda 8 1.3.1 清华大学开源软件镜像站TUNA 8 1.3.2 在Windows中设置Anaconda镜像通道 10 1.3.3 在类UNIX中设置Anaconda镜像通道 11 1.4 使用Jupyter Notebook 12 1.4.1 通过“开始”菜单启动Jupyter Notebook 12 1.4.2 通过命令行启动Jupyter Notebook 13 1.4.3 新建并重命名Notebook 14 1.4.4 安装Jupyter Notebook插件 16 1.5 安装TensorFlow 2.6 17 1.5.1 通过Notebook cell安装TensorFlow 2.6 17 1.5.2 通过pip install命令离线安装TensorFlow 18 1.6 小结与补充说明 20 第2章使用k近邻算法识别手写数字图像 22 2.1 手写数字图像数据集MNIST 22 2.1.1 使用TensorFlow加载MNIST 23 2.1.2 使用scikit-learn加载MNIST 24 2.2 分类器与准确率 25 2.3 k近邻算法的基本思想 26 2.4 利用k-NN识别MNIST 27 2.4.1 划分数据集 27 2.4.2 识别MNIST与模型评估 29 2.4.3 数据探查 30 2.4.4 性能优化 31 2.4.5 调参 32 2.4.6 *近邻再探查 33 2.5 k-NN中的距离度量 33 2.6 小结与补充说明 34 第3章感知机算法思想与实现 36 3.1 机器学习的基本分类 36 3.2 鸢尾花数据集iris 37 3.2.1 样本特征 37 3.2.2 样本分类 38 3.2.3 构造简化版iris数据集 39 3.3 感知机分类精简版iris 42 3.3.1 极简体验感知机 42 3.3.2 感知机模型的数学表达 44 3.3.3 极简体验感知机学习算法 45 3.3.4 感知机学习算法的Python实现 47 3.3.5 损失函数与梯度(选修) 50 3.3.6 感知机代码合并 51 3.4 感知机的实现类 53 3.4.1 构造器__init__() 53 3.4.2 预测方法predict() 54 3.4.3 更新模型参数update_params() 55 3.4.4 启动训练fit() 56 3.4.5 重构Perceptron类 58 3.5 小结与补充说明 59 第4章对数几率回归算法思想与实现 62 4.1 神经网络结构示意图 62 4.2 对数几率回归的数学表达 63 4.3 对数几率函数的Python实现 64 4.4 对数几率回归模型的损失函数 66 4.5 梯度下降法的数学表达(选修) 69 4.6 梯度下降法的Python实现 72 4.7 对数几率回归模型的Python实现 73 4.8 使用对数几率回归模型分类鸢尾花 75 4.8.1 使用LR分类精简版iris数据集 75 4.8.2 统计准确率 76 4.8.3 构造简化版iris数据集 77 4.8.4 划分函数train_test_split() 78 4.8.5 划分iris数据集 79 4.8.6 使用对数几率回归模型分类iris数据集 80 4.9 小结与补充说明 80 第5章使用TensorFlow实现对数几率回归 82 5.1 深入LR参数更新 82 5.1.1 改进LogisticRegression类的update_weights()方法 82 5.1.2 改进LogisticRegression类的fit()方法 83 5.1.3 使用LR分类鸢尾花数据集并查看日志 84 5.2 使用TensorFlow自动求梯度 87 5.2.1 极简体验TensorFlow自动求梯度 87 5.2.2 NumPy数组的形状与维数 89 5.2.3 使用TensorFlow计算矩阵乘积 90 5.2.4 使用TensorFlow计算LR模型的激活值 90 5.2.5 使用代码定义LR模型的损失函数 92 5.2.6 使用TensorFlow求LR模型的损失函数对激活值的梯度 93 5.2.7 手动计算LR模型的损失函数对权值的梯度 93 5.2.8 使用TensorFlow求LR模型的损失函数对参数的梯度 94 5.3 使用自动求梯度实现LR 97 5.3.1 更新TensorFlow变量 97 5.3.2 实现LogisticRegressionV2类 98 5.3.3 使用LogisticRegressionV2分类精简版iris 101 5.3.4 极简体验模型调参 102 5.4 使用Sequential实现LR 102 5.5 小结与补充说明 106 第6章 LR图像分类 107 6.1 简化版MNIST数据集 107 6.1.1 生成索引数组 108 6.1.2 NumPy数组切片(取元素) 110 6.1.3 数据探查 111 6.1.4 使用np.concatenate()合并数组 113 6.1.5 构建简化版MNIST数据集 115 6.2 LR分类简化版MNIST 116 6.2.1 数据预处理之归一化 116 6.2.2 数据预处理之扁平化 117 6.2.3 LR分类简化版MNIST 119 6.2.4 修复LogisticRegression类 121 6.2.5 测试修复 123 6.3 小批量梯度下降 124 6.3.1 向量化编程 124 6.3.2 构造小批量样本 125 6.3.3 计算LR损失函数关于线性模型的导数dz 126 6.3.4 计算LR损失函数关于权值向量的导数dw 128 6.3.5 计算LR损失函数关于偏置量的导数db 130 6.3.6 小批量模型训练 133 6.3.7 小批量LR分类简化版MNIST 134 6.3.8 查看模型预测失误的样本 136 6.4 新问题与修复 137 6.4.1 发现问题与复现问题 138 6.4.2 原因分析及解决方法 138 6.4.3 向量化predict()方法 140 6.4.4 修复LogisticRegression类 141 6.4.5 评估模型方法evaluate() 142 6.4.6 提前终止控制开关 143 6.4.7 提前终止策略方法(选修) 145 6.4.8 重构LogisticRegression类 146 6.5 小结与补充说明 148 第7章代码重构与计算图简介 150 7.1 构建神经网络的基本流程 150 7.1.1 模型架构及超参数 150 7.1.2 初始化模型参数 152 7.1.3 前向传播、反向传播与计算图 152 7.2 重构LogisticRegression类 153 7.2.1 重新构造简化版MNIST数据集 153 7.2.2 探查简化版MNIST数据集 154 7.2.3 LR分类简化版MNIST 155 7.2.4 重构LogisticRegression类 156 7.2.5 测试重构版LogisticRegression类 157 7.3 使用TensorFlow定义并训练模型 158 7.4 体验TensorBoard 161 7.5 随机化 161 7.5.1 使用np.random.random()生成随机数 162 7.5.2 随机初始化权值向量 162 7.5.3 使用np.random.shuffle()混淆数组 164 7.5.4 随机访问样本 165 7.5.5 随机梯度下降 166 7.5.6 小批量随机梯度下降 168 7.6 小结与补充说明 168 第8章两层神经网络 170 8.1 单层神经网络之局限性 170 8.1.1 线性可分 170 8.1.2 线性不可分 170 8.2 两层神经网络前向传播 172 8.2.1 部分记号说明 172 8.2.2 矩阵乘积的代码实现 174 8.2.3 隐层前向传播的数学表达 175 8.2.4 隐层前向传播的代码实现 176 8.2.5 输出层前向传播的数学表达 178 8.2.6 输出层前向传播的代码实现 179 8.3 两层神经网络反向传播 180 8.3.1 输出层反向传播的数学表达 181 8.3.2 输出层反向传播的代码实现 182 8.3.3 隐层反向传播的数学表达 183 8.3.4 隐层反向传播的代码实现 184 8.4 两层神经网络实现异或运算 185 8.5 实现MLPClassifier类 187 8.5.1 构造器__init__() 188 8.5.2 参数初始化initialize_params() 188 8.5.3 前向传播forward_propagation() 189 8.5.4 反向传播backward_propagation() 189 8.5.5 参数更新update_params() 190 8.5.6 模型输出 190 8.5.7 模型启动训练fit() 191 8.5.8 测试MLPClassifier类 192 8.6 小结与补充说明 193 第9章多层神经网络 194 9.1 多层感知机部分记号说明 194 9.2 重构多层神经网络 195 9.2.1 参数初始化 195 9.2.2 前向传播 197 9.2.3 反向传播参数更新 198 9.2.4 测试新版本 200 9.3 重构MLPClassifier类 201 9.3.1 构造器__init__() 201 9.3.2 参数初始化initialize_params() 202 9.3.3 前向传播forward_propagation() 202 9.3.4 反向传播参数更新 203 9.3.5 模型输出 204 9.3.6 模型启动训练fit() 205 9.3.7 测试MLPClassifier类 206 9.3.8 修复MLPClassifier类 206 9.3.9 测试修复 208 9.4 使用TensorFlow实现多层神经网络 209 9.4.1 使用TensorFlow解决异或问题 209 9.4.2 使用TensorFlow验证MLPClassifier类 210 9.5 使用MLPClassifier类实现对数几率回归 213 9.5.1 使用LR实现逻辑与函数 213 9.5.2 使用MLPClassifier类实现对数几率回归 214 9.5.3 使用TensorFlow验证代码实现 215 9.6 小结与补充说明 216 附录标量、向量与矩阵简介 218 后记 222

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从零开始构建深度前馈神经网络(Python+TensorFlow 2.x) 作者简介

张光华博士毕业于重庆大学，硕士毕业于中国科学技术大学。山西省“1331工程”大数据智能诊疗产业学院负责人，山西省工信厅“山西省健康大数据AI联合实验室”负责人。中国医药教育协会智能医学专委会委员，中国医药教育协会智能眼科学组常委。主要研究方向为量子点微型多光谱成像技术、医学图像处理和机器学习。现已发表包括医学、图像处理和机器学习等领域的SCI期刊及国际会议论文多篇，参与多项中国和欧洲科学基金项目。致力于将深度学习技术与临床医学进行深度融合，并推广和落地。

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