第六百三十三章（1/2）

對於這個神經網絡的訓練過程，就是要確定這11935個參數。

訓練的目標可以粗略概括為：對於每一個訓練樣本，對應的輸出無限接近於1，而其它輸出無限接近於0。

根據Michael Nielsen給出的實驗結果，以上述網絡結構為基礎，在未經過調優的情況下，可以輕鬆達到95%的正確識別率。而核心代碼只有74行！

在採用了深度學習的思路和卷積網絡(convolutional works)之後，最終達到了的正確識別率。而針對MNIST數據集達到的歷史最佳成績是的識別率，是由Li Wan， Matthew Zeiler， Sixin Zhang， Yann LeCun，和 Rob Fergus在2013年做出的。

考慮到這個數據集裡還有一些類似如下這樣難以辨認的數字，這個結果是相當驚人的！它已經超越了真正人眼的識別了。

在這個過程中一步步調整權重和偏置參數的值，就必須引入梯度下降算法(gradient descent)。

在訓練的過程中，我們的神經網絡需要有一個實際可行的學習算法，來逐步調整參數。

而最終的目的，是讓網絡的實際輸出與期望輸出能夠儘量接近。我們需要找到一個表達式來對這種接近程度進行表徵。這個表達式被稱為代價函數(cost function)

x表示一個訓練樣本，即網絡的輸入。其實一個x代表784個輸入。

y(x)表示當輸入為x的時候，期望的輸出值；而a表示當輸入為x的時候，實際的輸出值。y(x)和a都分別代表10個輸出值（以數學上的向量來表示）。而它們的差的平方，就表徵了實際輸出值和期望輸出值的接近程度。越接近，這個差值就越小。

n是訓練樣本的數量。假設有5萬個訓練樣本，那麼n就是5萬。因為是多次訓練，所以要除以n對所有訓練樣本求平均值。

C(w，b)的表示法，是把cost function看成是網絡中所有權重w和偏置b的函數。為什麼這樣看呢？進行訓練的時候，輸入x是固定的（訓練樣本），不會變。在認為輸入不變的情況下，這個式子就可以看成是w和b的函數。那麼，式子右邊的w和b在哪呢？實際上，在a裡面。y(x)也是固定值，但a是w和b的函數。

總結來說，C(w，b)表徵了網絡的實際輸出值和期望輸出值的接近程度。越接近，C(w，b)的值就越小。因此，學習的過程就是想辦法降低C(w，b)的過程，而不管C(w，b)的表達形式如何，它是w和b的函數，這就變成了一個求函數最小值的最優化問題。

由於C(w，b)的形式比較複雜，參數也非常多，所以直接進行數學上的求解，非常困難。

為了利用計算機算法解決這一問題，計算機科學家們提出了梯度下降算法(gradient descent)。

這個算法本質上是在多維空間中沿著各個維度的切線貢獻的方向，每次向下邁出微小的一步，從而最終抵達最小值。

由於多維空間在視覺上無法體現，所以人們通常會退到三維空間進行類比。當C(w，b)只有兩個參數的時候，它的函數圖像可以在三維空間裡呈現。

就好像一個小球在山谷的斜坡上向下不停地滾動，最終就有可能到達谷底。這個理解重新推廣到多維空間內也基本成立。

而由於訓練樣本的數量很大（上萬，幾十萬，甚至更多），直接根據前面的C(w，b)進行計算，計算量會很大，導致學習過程很慢。

、於是就出現了隨機梯度下降(stochastic gradient descent)算法，是對於梯度下降的一個近似。

在這個算法中，每次學習不再針對所有的訓練集，而是從訓練集中隨機選擇一部分來計算C(w，b)，下一次學習再從剩下的訓練集中隨機選擇一部分來計算，直到把整個訓練集用光。然後再不斷重複這一過程。

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