感知机(Perceptron)是一种二分类的线性分类模型,其基本结构由一个或多个输入节点、一个加权总和和一个激活函数组成。感知机模型的训练算法通常使用梯度下降法。
感知机模型的输入是一个n维向量x=(x₁, x₂, ..., xn),对应于n个特征。每个特征都有一个对应的权重w=(w₁, w₂, ..., wn)。感知机模型的输出是一个二进制值y,表示样本的类别。
感知机的加权总和是通过将输入向量x与权重向量w的内积计算得到的:
z = w·x + b
其中b是偏置项(bias),它表示对于给定样本的影响。
感知机的激活函数通常是一个阶跃函数,用于将加权总和映射到输出类别。当加权总和大于某个阈值时,激活函数返回1,否则返回0。
梯度下降法是一种优化算法,用于调整感知机模型中的权重和偏置项,以最小化误分类样本的数量。其基本思想是通过迭代调整权重和偏置项,使得在每次迭代中分类错误的样本数量减少。
梯度下降法的步骤如下:
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初始化权重和偏置项:随机初始化权重w和偏置项b。
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对于每个样本(xi, yi):
a. 计算预测输出值:计算加权总和z_i = w·xi + b。
b. 计算预测输出与真实输出之间的误差:error = yi - z_i。
c. 更新权重和偏置项:根据误差和学习率α,更新权重和偏置项:
w := w + α * error * xi
b := b + α * error
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重复步骤2,直到达到某个停止条件(例如达到最大迭代次数或误差小于某个阈值)。
梯度的推导如下:
对于误差函数E(w, b) = -∑(yi - z_i),其中z_i = w·xi + b,
对于权重w的偏导数可表示为 ∂E/∂w:
∂E/∂w = -∑(yi - z_i) * ∂z_i/∂w = -∑(yi - z_i) * xi
对于偏置项b的偏导数可表示为 ∂E/∂b:
∂E/∂b = -∑(yi - z_i) * ∂z_i/∂b = -∑(yi - z_i)
因此,在梯度下降法中,通过更新权重和偏置项,可以不断减小误差函数E(w, b)。这样,通过迭代调整权重和偏置项,可以逐渐找到使误差最小化的最优参数组合。