深度学习基础——经典神经网络模型介绍_深度神经网络模型

    人工智能有三大主义（①符号主义-用规则教，②联结主义-用数据学，③行为主义-用问题引导-如强化学习），其中深度学习是联结主义的经典，直接从海量数据中学习，依赖于数据、可解释性不强。

    深度学习模型来源于神经系统层次化结构特性，主要机制是层层递进，逐层抽象，主要应用于计算机视觉（computer vision，CV）和自然语言处理（Natural language processing，NLP）。

参考文献-- 人工智能导论：模型与算法，吴飞编著

目录

1.前馈神经网络（Feedforward Neural Networks，FNN）：

2.卷积神经网络（Convolutional Neural Networks，CNN）：

3.循环神经网络（Recurrent Neural Networks，RNN）：

4.自注意力网络（Self-Attention Networks）：

5.生成对抗网络（Generative Adversarial Networks，GAN）：

6.图神经网络（Graph Neural Networks，GNN）：

7.自编码器（Auto Encoders）：

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1.前馈神经网络（Feedforward Neural Networks，FNN）：

  前馈神经网络是最基本的神经网络，一般包括输入层、隐藏层和输出层。数据从输入层单向传递到输出层，每层神经元只和相邻层神经元相连，没有循环连接。
  多层感知器（Multilayer Perceptron，MLP）是最常见的前馈神经网络结构，相邻层所包含的神经元之间使用全连接方式进行连接（全连接是指两个相邻层之间的神经元相互成对连接）。

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2.卷积神经网络（Convolutional Neural Networks，CNN）：

  CNN是专门设计用于处理网格结构数据（如图像）的神经网络，LeCun等人设计了LeNet模型用于手写体识别，这一实验基本是入门深度学习必做，地位相当于初学代码必敲Hello Word。
  LeNet、AlexNet、VGG、ResNet、Inception等是经典的CNN架构，虽然针对不同应用场景的卷积神经网络结构越来越复杂，但本质仍然是以卷积、池化为核心构建而成。

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3.循环神经网络（Recurrent Neural Networks，RNN）：

  RNN是一种具有循环连接的神经网络，适用于处理序列数据（如文本句子、视频帧等），先前介绍的FNN或CNN所需要处理的输入数据一次性给定，难以处理存在前后依赖关系的数据。

  RNN的本质是希望模拟人所具有的记忆能力，在学习过程中记住部分已经出现的信息，并利用所记住的信息影响后续结点输出。循环神经网络在自然语言处理，如语音识别、情感分析、机器翻译等领域有重要应用。

  长短时记忆网络（LSTM）、门控循环单元（GRU）等是常见的RNN架构。

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4.自注意力网络（Self-Attention Networks）：

  自注意力网络，采用自注意力机制，允许每个输入位置对其他位置进行加权。它具有可学习的感受野，让机器学会去感知数据中的重要和不重要的部分。上述提到的CNN中希望模型不仅仅考虑某一个像素点，而是让模型考虑一个感受野(Receptive field)，对于自注意力机制来说，相当于模型自己决定感受野是怎样的形状和类型。可以说CNN是特殊情况下的一种self-attention，self-attention就是复杂版的CNN。
  BERT、GPT、Transformer等都是基于自注意力的模型。下图是经典transformer结构图，模型包含两个部分：编码器和解码器。编码器主要负责将输入序列转化为一个定长的向量表示，解码器则将这个向量解码为输出序列。

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5.生成对抗网络（Generative Adversarial Networks，GAN）：

  生成对抗网络由一个生成器(generator，简称G)和一个判别器(discriminator，简称D)组成。GAN的核心是通过生成器和判别器两个神经网络之间的竞争对抗，不断提升彼此水平以使得生成器所生成数据(人工伪造数据)与真实数据相似，使判别器无法区分真实数据和生成数据。DCGAN、CycleGAN、WGAN等是GAN的不同变体。

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6.图神经网络（Graph Neural Networks，GNN）：

  GNN用于处理图数据，能够对节点和边进行学习和表示。图神经网络专门处理不规则的图结构数据，如社交网络、知识图谱等。图结构数据是一种由节点和边组成的复杂关系网络，其中节点代表实体，边代表实体之间的关系。
  Graph Convolutional Networks（GCN）、Graph Attention Networks（GAT）、GraphSAGE等都是GNN架构。GNN已经在多个领域取得了广泛的成功，包括社交网络分析、推荐系统、生物信息学、化学、计算机视觉等，被用于节点分类、社区检测、图生成、知识图谱嵌入等各种任务。

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7.自编码器（Auto Encoders）：

  自编码器（Auto Encoder，简称AE）是一种无监督学习的神经网络模型，用于数据压缩、特征学习、降维和图片降噪、修复等，包含两部分：Encoder（编码器）和Decoder（解码器）。有卷积自动编码器（CAE：Convolutional Autoencoder）、变分自动编码器（VAE：Variational Autoencoder）等多种类型。