A. 如何用python和scikit learn實現神經網路
1:神經網路演算法簡介
2:Backpropagation演算法詳細介紹
3:非線性轉化方程舉例
4:自己實現神經網路演算法NeuralNetwork
5:基於NeuralNetwork的XOR實例
6:基於NeuralNetwork的手寫數字識別實例
7:scikit-learn中BernoulliRBM使用實例
8:scikit-learn中的手寫數字識別實例
一:神經網路演算法簡介
1:背景
以人腦神經網路為啟發,歷史上出現過很多版本,但最著名的是backpropagation
2:多層向前神經網路(Multilayer Feed-Forward Neural Network)
B. python源碼如何搭建網路玩法
Python搭建網站,利用現成的框架、可利用Flask搭建一個網站。
Flask創建一個應用很簡單,只需要一行代碼就可以創建一個應用。
Flask是一個使用 Python 編寫的輕量級 Web 應用框架,其 WSGI 工具箱採用 Werkzeug ,模板引擎則使用 Jinja2 。
C. 從零開始用Python構建神經網路
從零開始用Python構建神經網路
動機:為了更加深入的理解深度學習,我們將使用 python 語言從頭搭建一個神經網路,而不是使用像 Tensorflow 那樣的封裝好的框架。我認為理解神經網路的內部工作原理,對數據科學家來說至關重要。
這篇文章的內容是我的所學,希望也能對你有所幫助。
神經網路是什麼?
介紹神經網路的文章大多數都會將它和大腦進行類比。如果你沒有深入研究過大腦與神經網路的類比,那麼將神經網路解釋為一種將給定輸入映射為期望輸出的數學關系會更容易理解。
神經網路包括以下組成部分
? 一個輸入層,x
? 任意數量的隱藏層
? 一個輸出層,?
? 每層之間有一組權值和偏置,W and b
? 為隱藏層選擇一種激活函數,σ。在教程中我們使用 Sigmoid 激活函數
下圖展示了 2 層神經網路的結構(注意:我們在計算網路層數時通常排除輸入層)
2 層神經網路的結構
用 Python 可以很容易的構建神經網路類
訓練神經網路
這個網路的輸出 ? 為:
你可能會注意到,在上面的等式中,輸出 ? 是 W 和 b 函數。
因此 W 和 b 的值影響預測的准確率. 所以根據輸入數據對 W 和 b 調優的過程就被成為訓練神經網路。
每步訓練迭代包含以下兩個部分:
? 計算預測結果 ?,這一步稱為前向傳播
? 更新 W 和 b,,這一步成為反向傳播
下面的順序圖展示了這個過程:
前向傳播
正如我們在上圖中看到的,前向傳播只是簡單的計算。對於一個基本的 2 層網路來說,它的輸出是這樣的:
我們在 NeuralNetwork 類中增加一個計算前向傳播的函數。為了簡單起見我們假設偏置 b 為0:
但是我們還需要一個方法來評估預測結果的好壞(即預測值和真實值的誤差)。這就要用到損失函數。
損失函數
常用的損失函數有很多種,根據模型的需求來選擇。在本教程中,我們使用誤差平方和作為損失函數。
誤差平方和是求每個預測值和真實值之間的誤差再求和,這個誤差是他們的差值求平方以便我們觀察誤差的絕對值。
訓練的目標是找到一組 W 和 b,使得損失函數最好小,也即預測值和真實值之間的距離最小。
反向傳播
我們已經度量出了預測的誤差(損失),現在需要找到一種方法來傳播誤差,並以此更新權值和偏置。
為了知道如何適當的調整權值和偏置,我們需要知道損失函數對權值 W 和偏置 b 的導數。
回想微積分中的概念,函數的導數就是函數的斜率。
梯度下降法
如果我們已經求出了導數,我們就可以通過增加或減少導數值來更新權值 W 和偏置 b(參考上圖)。這種方式被稱為梯度下降法。
但是我們不能直接計算損失函數對權值和偏置的導數,因為在損失函數的等式中並沒有顯式的包含他們。因此,我們需要運用鏈式求導發在來幫助計算導數。
鏈式法則用於計算損失函數對 W 和 b 的導數。注意,為了簡單起見。我們只展示了假設網路只有 1 層的偏導數。
這雖然很簡陋,但是我們依然能得到想要的結果—損失函數對權值 W 的導數(斜率),因此我們可以相應的調整權值。
現在我們將反向傳播演算法的函數添加到 Python 代碼中
為了更深入的理解微積分原理和反向傳播中的鏈式求導法則,我強烈推薦 3Blue1Brown 的如下教程:
Youtube:https://youtu.be/tIeHLnjs5U8
整合並完成一個實例
既然我們已經有了包括前向傳播和反向傳播的完整 Python 代碼,那麼就將其應用到一個例子上看看它是如何工作的吧。
神經網路可以通過學習得到函數的權重。而我們僅靠觀察是不太可能得到函數的權重的。
讓我們訓練神經網路進行 1500 次迭代,看看會發生什麼。 注意觀察下面每次迭代的損失函數,我們可以清楚地看到損失函數單調遞減到最小值。這與我們之前介紹的梯度下降法一致。
讓我們看看經過 1500 次迭代後的神經網路的最終預測結果:
經過 1500 次迭代訓練後的預測結果
我們成功了!我們應用前向和方向傳播演算法成功的訓練了神經網路並且預測結果收斂於真實值。
注意預測值和真實值之間存在細微的誤差是允許的。這樣可以防止模型過擬合並且使得神經網路對於未知數據有著更強的泛化能力。
下一步是什麼?
幸運的是我們的學習之旅還沒有結束,仍然有很多關於神經網路和深度學習的內容需要學習。例如:
? 除了 Sigmoid 以外,還可以用哪些激活函數
? 在訓練網路的時候應用學習率
? 在面對圖像分類任務的時候使用卷積神經網路
我很快會寫更多關於這個主題的內容,敬請期待!
最後的想法
我自己也從零開始寫了很多神經網路的代碼
雖然可以使用諸如 Tensorflow 和 Keras 這樣的深度學習框架方便的搭建深層網路而不需要完全理解其內部工作原理。但是我覺得對於有追求的數據科學家來說,理解內部原理是非常有益的。
這種練習對我自己來說已成成為重要的時間投入,希望也能對你有所幫助
D. BP神經網路的原理的BP什麼意思
原文鏈接:http://tecdat.cn/?p=19936
在本教程中,您將學習如何在R語言中創建神經網路模型。
神經網路(或人工神經網路)具有通過樣本進行學習的能力。人工神經網路是一種受生物神經元系統啟發的信息處理模型。它由大量高度互連的處理元件(稱為神經元)組成,以解決問題。它遵循非線性路徑,並在整個節點中並行處理信息。神經網路是一個復雜的自適應系統。自適應意味著它可以通過調整輸入權重來更改其內部結構。
該神經網路旨在解決人類容易遇到的問題和機器難以解決的問題,例如識別貓和狗的圖片,識別編號的圖片。這些問題通常稱為模式識別。它的應用范圍從光學字元識別到目標檢測。
本教程將涵蓋以下主題:
神經網路概論
正向傳播和反向傳播
激活函數
R中神經網路的實現
案例
利弊
結論
神經網路概論
神經網路是受人腦啟發執行特定任務的演算法。它是一組連接的輸入/輸出單元,其中每個連接都具有與之關聯的權重。在學習階段,網路通過調整權重進行學習,來預測給定輸入的正確類別標簽。
人腦由數十億個處理信息的神經細胞組成。每個神經細胞都認為是一個簡單的處理系統。被稱為生物神經網路的神經元通過電信號傳輸信息。這種並行的交互系統使大腦能夠思考和處理信息。一個神經元的樹突接收來自另一個神經元的輸入信號,並根據這些輸入將輸出響應到某個其他神經元的軸突。
創建測試數據集
創建測試數據集:專業知識得分和溝通技能得分
預測測試集的結果
使用計算函數預測測試數據的概率得分。
現在,將概率轉換為二進制類。
預測結果為1,0和1。
利弊
神經網路更靈活,可以用於回歸和分類問題。神經網路非常適合具有大量輸入(例如圖像)的非線性數據集,可以使用任意數量的輸入和層,可以並行執行工作。
還有更多可供選擇的演算法,例如SVM,決策樹和回歸演算法,這些演算法簡單,快速,易於訓練並提供更好的性能。神經網路更多的是黑盒子,需要更多的開發時間和更多的計算能力。與其他機器學習演算法相比,神經網路需要更多的數據。NN僅可用於數字輸入和非缺失值數據集。一位著名的神經網路研究人員說:「神經網路是解決任何問題的第二好的方法。最好的方法是真正理解問題。」
神經網路的用途
神經網路的特性提供了許多應用方面,例如:
模式識別:神經網路非常適合模式識別問題,例如面部識別,物體檢測,指紋識別等。
異常檢測:神經網路擅長異常檢測,它們可以輕松檢測出不適合常規模式的異常模式。
時間序列預測:神經網路可用於預測時間序列問題,例如股票價格,天氣預報。
自然語言處理:神經網路在自然語言處理任務中提供了廣泛的應用,例如文本分類,命名實體識別(NER),詞性標記,語音識別和拼寫檢查。
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F. 如何用9行Python代碼編寫一個簡易神經網路
學習人工智慧時,我給自己定了一個目標--用Python寫一個簡單的神經網路。為了確保真得理解它,我要求自己不使用任何神經網路庫,從頭寫起。多虧了Andrew Trask寫得一篇精彩的博客,我做到了!下面貼出那九行代碼:在這篇文章中,我將解釋我是如何做得,以便你可以寫出你自己的。我將會提供一個長點的但是更完美的源代碼。
首先,神經網路是什麼?人腦由幾千億由突觸相互連接的細胞(神經元)組成。突觸傳入足夠的興奮就會引起神經元的興奮。這個過程被稱為「思考」。我們可以在計算機上寫一個神經網路來模擬這個過程。不需要在生物分子水平模擬人腦,只需模擬更高層級的規則。我們使用矩陣(二維數據表格)這一數學工具,並且為了簡單明了,只模擬一個有3個輸入和一個輸出的神經元。
我們將訓練神經元解決下面的問題。前四個例子被稱作訓練集。你發現規律了嗎?『?』是0還是1?你可能發現了,輸出總是等於輸入中最左列的值。所以『?』應該是1。
訓練過程
但是如何使我們的神經元回答正確呢?賦予每個輸入一個權重,可以是一個正的或負的數字。擁有較大正(或負)權重的輸入將決定神經元的輸出。首先設置每個權重的初始值為一個隨機數字,然後開始訓練過程:
取一個訓練樣本的輸入,使用權重調整它們,通過一個特殊的公式計算神經元的輸出。
計算誤差,即神經元的輸出與訓練樣本中的期待輸出之間的差值。
根據誤差略微地調整權重。
重復這個過程1萬次。最終權重將會變為符合訓練集的一個最優解。如果使用神經元考慮這種規律的一個新情形,它將會給出一個很棒的預測。
這個過程就是back propagation。
計算神經元輸出的公式
你可能會想,計算神經元輸出的公式是什麼?首先,計算神經元輸入的加權和,即接著使之規范化,結果在0,1之間。為此使用一個數學函數--Sigmoid函數:Sigmoid函數的圖形是一條「S」狀的曲線。把第一個方程代入第二個,計算神經元輸出的最終公式為:你可能注意到了,為了簡單,我們沒有引入最低興奮閾值。
調整權重的公式
我們在訓練時不斷調整權重。但是怎麼調整呢?可以使用「Error Weighted Derivative」公式:為什麼使用這個公式?首先,我們想使調整和誤差的大小成比例。其次,乘以輸入(0或1),如果輸入是0,權重就不會調整。最後,乘以Sigmoid曲線的斜率(圖4)。為了理解最後一條,考慮這些:
我們使用Sigmoid曲線計算神經元的輸出
如果輸出是一個大的正(或負)數,這意味著神經元採用這種(或另一種)方式
從圖四可以看出,在較大數值處,Sigmoid曲線斜率小
如果神經元認為當前權重是正確的,就不會對它進行很大調整。乘以Sigmoid曲線斜率便可以實現這一點
Sigmoid曲線的斜率可以通過求導得到:把第二個等式代入第一個等式里,得到調整權重的最終公式:當然有其他公式,它們可以使神經元學習得更快,但是這個公式的優點是非常簡單。
構造Python代碼
雖然我們沒有使用神經網路庫,但是將導入Python數學庫numpy里的4個方法。分別是:
exp--自然指數
array--創建矩陣
dot--進行矩陣乘法
random--產生隨機數
比如, 我們可以使用array()方法表示前面展示的訓練集:「.T」方法用於矩陣轉置(行變列)。所以,計算機這樣存儲數字:我覺得我們可以開始構建更優美的源代碼了。給出這個源代碼後,我會做一個總結。
我對每一行源代碼都添加了注釋來解釋所有內容。注意在每次迭代時,我們同時處理所有訓練集數據。所以變數都是矩陣(二維數據表格)。下面是一個用Python寫地完整的示例代碼。
我們做到了!我們用Python構建了一個簡單的神經網路!
首先神經網路對自己賦予隨機權重,然後使用訓練集訓練自己。接著,它考慮一種新的情形[1, 0, 0]並且預測了0.99993704。正確答案是1。非常接近!
傳統計算機程序通常不會學習。而神經網路卻能自己學習,適應並對新情形做出反應,這是多麼神奇,就像人類一樣。
G. Python網路編程6-使用Pysnmp實現簡單網管
簡單網路管理協議SNMP(Simple Network Management Protocol)用於網路設備的管理。SNMP作為廣泛應用於TCP/IP網路的網路管理標准協議,提供了統一的介面,從而實現了不同種類和廠商的網路設備之間的統一管理。
SNMP協議分為三個版本:SNMPv1、SNMPv2c和SNMPv3。
SNMP系統由網路管理系統NMS(Network Management System)、SNMP Agent、被管對象Management object和管理信息庫MIB(Management Information Base)四部分組成。
SNMP查詢是指NMS主動向SNMP Agent發送查詢請求,如圖1-3所示。SNMP Agent接收到查詢請求後,通過MIB表完成相應指令,並將結果反饋給NMS。SNMP查詢操作有三種:Get、GetNext和GetBulk。SNMPv1版本不支持GetBulk操作。
不同版本的SNMP查詢操作的工作原理基本一致,唯一的區別是SNMPv3版本增加了身份驗證和加密處理。下面以SNMPv2c版本的Get操作為例介紹SNMP查詢操作的工作原理。假定NMS想要獲取被管理設備MIB節點sysContact的值,使用可讀團體名為public,過程如下所示:
SNMP設置是指NMS主動向SNMP Agent發送對設備進行Set操作的請求,如下圖示。SNMP Agent接收到Set請求後,通過MIB表完成相應指令,並將結果反饋給NMS。
不同版本的SNMP Set操作的工作原理基本一致,唯一的區別是SNMPv3版本增加了身份驗證和加密處理。下面以SNMPv3版本的Set操作為例介紹SNMP Set操作的工作原理。
假定NMS想要設置被管理設備MIB節點sysName的值為HUAWEI,過程如下所示:
SNMPv1和SNMPv2c的Set操作報文格式如下圖所示。一般情況下,SNMPv3的Set操作信息是經過加密封裝在SNMP PDU中,其格式與SNMPv2c的Set操作報文格式一致。
SNMP Traps是指SNMP Agent主動將設備產生的告警或事件上報給NMS,以便網路管理員及時了解設備當前運行的狀態。
SNMP Agent上報SNMP Traps有兩種方式:Trap和Inform。SNMPv1版本不支持Inform。Trap和Inform的區別在於,SNMP Agent通過Inform向NMS發送告警或事件後,NMS需要回復InformResponse進行確認。
在Ensp中搭建網路環境,在R2上啟用SNMP作為SNMP agent,Linux主機作為NMS;為方便觀察SNMP報文格式,在R2使用SNMP的版本為v2c。
通過下面的Python腳本獲取R2的系統信息與當前的主機名
運行結果如下
在R2介面上抓包結果如下,Linux主機向R2的161埠發送SNMP get-request報文,可以看到SNMP使用的版本為v2c,設置的團體名為public,隨機生成了一個request-id,變數綁定列表(Variable bindings),即要查詢的OID,但Value為空;值得注意的是這些信息都是明文傳輸的,為了安全在實際環境中應使用SNMPv3。
通過下面的Python腳本獲取R2的介面信息。
運行結果如下:
在R2介面抓包結果如下,getBuikRequest相比get-request設置了一個max-repetitions欄位,表明最多執行get操作的次數。Variable bindings中請求的OID條目只有一條。
下面Python腳本用於設置R2的主機名為SNMPv2R2。
運行結果如下
在路由器上可以看到主機名有R2變為了SNMPv2R2。
get-response數據包內容與set-request中無異。
下面Python腳本用於接收,R2發送的Trap,並做簡單解析。
先運行該腳本,之後再R2上手動將一個介面shutdown,結果如下:
介面上抓包結果如下,此時團體名用的是public,data部分表明是trap。
由於Ensp中的通用路由器認證演算法只支持des56,而pysnmp不支持該演算法,因此使用AR路由器配置SNMPv3。
使用下面Python腳本發送snmpv3 get報文獲取設備系統信息。
抓包結果如下,首先發送get-resques進行SNMPv3認證請求,隨機生成一個msgID,認證模式為USM,msgflgs中Reportable置1要求對方發送report,其他為置0,表示不進行加密與鑒權;另外安全參數,認證參數、加密參數都為空,此時不攜帶get請求數據。
路由器給NMS回復report,msgID與resquest一致,Msgflgs中各位都置0,同時回復使用的安全引擎,認證與加密參數為空,不進行認證與加密,因此能看到data中的數據。
AR1收到請求後進行回復,數據包中msgflags標志位中除reportable外其他位都置1,表示不需要回復,同時進行加密與鑒權。同樣也可以看到認證用戶為testuser,認證參數與加密參數都有填充,data部分也是同樣加密。
參考:
什麼是SNMP - 華為 (huawei.com)
AR100-S V300R003 MIB參考 - 華為 (huawei.com)
SNMP library for Python — SNMP library for Python 4.4 documentation (pysnmp.readthedocs.io)