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神经网络为什么可以实现分类?---三分类网络0,1,2与弹性振子力学系统

發布時間:2025/4/5 windows 24 豆豆
生活随笔 收集整理的這篇文章主要介紹了 神经网络为什么可以实现分类?---三分类网络0,1,2与弹性振子力学系统 小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

本文制作了一個三分類的網絡來分類mnist數據集的0,1,2.并同時制作了一個力學模型,用來模擬這個三分類的過程,并用這個模型解釋分類的原理。

上圖可以用下列方程描述

只要ωx0,ωx1,ωx2,ωx012這四個數已知這個方程組是可以解的。

現在設計一個網絡來計算ωx0

制作一個網絡分類mnist 0和一張圖片x,讓左右兩個網絡實現參數共享,讓x向1,0,0收斂,讓mnist 0向0,1,0收斂

將這個網絡簡寫成

d2(mnist 0, x)81-con(3*3)-49-30-3-(3*k) ,k∈(0,1)

具體進樣順序

??

?

δ=0.5

??

?

初始化權重

??

?

?

迭代次數

?

?

X

1

判斷是否達到收斂

mnist 0-1

2

判斷是否達到收斂

梯度下降

??

?

X

3

判斷是否達到收斂

mnist 0-2

4

判斷是否達到收斂

梯度下降

??

?

……

??

?

X

9997

判斷是否達到收斂

mnist 0-4999

9998

判斷是否達到收斂

梯度下降

??

?

……

??

?

如果4999圖片內沒有達到收斂標準再次從頭循環

X

9999

判斷是否達到收斂

mnist 0-1

10000

判斷是否達到收斂

梯度下降

??

?

……

??

?

每當網路達到收斂標準記錄迭代次數和對應的準確率測試結果

將這一過程重復199次

?

?

δ=0.01

??

?

??

?

δ=3e-6

收斂條件是

??

?

if (Math.abs(f2[0]-y[0])< δ? &&? Math.abs(f2[1]-y[1])< δ ??&&? Math.abs(f2[2]-y[2])< δ? )

因為對應每個δ都有一個n與之對應,所以可以得到一條穩定的n(δ)曲線。讓nx0等于ωx0。

用同樣的辦法制作另外三個網絡

d2(mnist 1, x)81-con(3*3)-49-30-3-(3*k) ,k∈(0,1)

制作一個網絡分類mnist 1和一張圖片x,讓左右兩個網絡實現參數共享,讓x向1,0,0收斂,讓mnist 1向0,1,0收斂,得到ωx1.

d2(mnist 2, x)81-con(3*3)-49-30-3-(3*k) ,k∈(0,1)

制作一個網絡分類mnist 2和一張圖片x,讓左右兩個網絡實現參數共享,讓x向1,0,0收斂,讓mnist 2向0,0,1收斂,得到ωx2.

計算mnist0,mnist1和mnist2相對一個參照物x的頻率,讓他們的頻率可以相互比較。

d3(mnist 0,1,2)81-con(3*3)-49-30-3-(3*k) ,k∈(0,1)

制作一個網絡分類mnist 0,1,2讓三個網絡實現參數共享,讓mnist 0向1,0,0收斂,讓mnist 1向0,1,0收斂,讓mnist 2 向0,0,1收斂,得到ω012.

計算ωx

所以ωx,ω0,ω1,ω2都可以被解出來。

?

再根據質量關系

?

如果假設mx=1。m0,m1,m2也都可以被解出來

具體解得的數據

δ

ω123

?

ωx0

ωx1

ωx2

?

ωx

ω0

ω1

ω2

0.1

7587.95

?

2472.46

2934.42

3140.44

?

2055.39

3324.81

#NUM!

#NUM!

1.00E-02

11022.2

?

3210.84

3790.5

4027.85

?

2635.91

4469.02

#NUM!

#NUM!

1.00E-03

18193.2

?

4364.11

5471.13

5291.57

?

3579.12

6091.61

#NUM!

#NUM!

9*1e-4

19061.9

?

4436.95

5452.92

5168.63

?

3569.43

6578.86

#NUM!

#NUM!

8*1e-4

19311.7

?

4632.25

5613.24

5432.4

?

3723.26

6889.13

#NUM!

#NUM!

7*1e-4

20254.4

?

4830.88

5765.85

5547.04

?

3839.11

7484.61

#NUM!

#NUM!

6*1e-4

21368.1

?

5128.38

5991.87

6051.89

?

4084.89

7877.29

#NUM!

#NUM!

5*1e-4

22162.8

?

6119.18

6673.56

6826.39

?

4711.76

10931.1

#NUM!

#NUM!

4*1e-4

22926.2

?

7350.78

7738.91

8741.98

?

5745.78

12195.5

17949.2

#NUM!

3*1e-4

25926.6

?

9288.86

10599.9

11598.3

?

7640.9

12855

38570.7

#NUM!

2*1e-4

29002.3

?

13223

14411.3

15514.8

?

10781.1

18781.3

31213.9

#NUM!

1.00E-04

37411.5

?

25290.2

27430.9

29153.8

?

22370.7

29764.2

38931.9

53083.3

9*1e-5

39277

?

26452.8

30887

33227.6

?

24944.5

28272.6

45208.3

69954.5

8*1e-5

39619.2

?

30812.7

34556.4

35642

?

29511.8

32302.4

43574.7

48439.4

7*1e-5

42224.3

?

34396

39146.5

39702.1

?

34088

34712.5

47430.5

49492.7

6*1e-5

46435.3

?

39686.3

46285.1

45362.6

?

41007.1

38485.4

54320.9

51485.4

5*1e-5

45628.2

?

45913.8

52943.6

52850.1

?

56574

39643.5

49933

49776.4

4*1e-5

52063.7

?

58538.8

66635.4

62407.9

?

82495.7

47853.1

57402.7

52229.9

3*1e-5

54023.4

?

73604.5

86087.4

82569

?

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

2*1e-5

65447.1

?

105869

121513

114573

?

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

1.00E-05

80455.8

?

199074

235384

193000

?

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

9*1e-6

85210.4

?

217783

255118

224412

?

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

8*1e-6

90364.4

?

235942

292894

242478

?

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

7*1e-6

92539.4

?

267342

312441

276817

?

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

6*1e-6

100522

?

298437

370803

305591

?

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

5*1e-6

103184

?

355890

424557

344916

?

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

4*1e-6

112972

?

431037

509263

409437

?

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

3*1e-6

127752

?

539694

641035

523975

?

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

2*1e-6

138964

?

?

936074

15953.4

?

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

?

由于統計精度的問題只得到了一部分有效的點

由圖ω0,ω1,ω2的曲線有可能有交點。

?

δ

mx

m0

m1

m2

mx0

mx1

mx2

m123

k

0.1

1

0.38217

#NUM!

#NUM!

1.38217

0.98124

0.85672

0.22012

4224629

1.00E-02

1

0.34788

#NUM!

#NUM!

1.34788

0.96716

0.85653

0.17157

6947999

1.00E-03

1

0.34521

#NUM!

#NUM!

1.34521

0.85591

0.91498

0.11611

1.3E+07

9*1e-4

1

0.29437

#NUM!

#NUM!

1.29437

0.85698

0.95384

0.10519

1.3E+07

8*1e-4

1

0.29209

#NUM!

#NUM!

1.29209

0.87993

0.93949

0.11151

1.4E+07

7*1e-4

1

0.2631

#NUM!

#NUM!

1.2631

0.88667

0.95801

0.10778

1.5E+07

6*1e-4

1

0.26891

#NUM!

#NUM!

1.26891

0.92954

0.91119

0.10964

1.7E+07

5*1e-4

1

0.1858

#NUM!

#NUM!

1.1858

0.99697

0.95283

0.13559

2.2E+07

4*1e-4

1

0.22197

0.10247

#NUM!

1.22197

1.10247

0.86399

0.18843

3.3E+07

3*1e-4

1

0.3533

0.03924

#NUM!

1.3533

1.03924

0.86802

0.26057

5.8E+07

2*1e-4

1

0.32951

0.1193

#NUM!

1.32951

1.1193

0.96574

0.41455

1.2E+08

1.00E-04

1

0.5649

0.33018

0.1776

1.5649

1.33018

1.1776

1.07268

5E+08

9*1e-5

1

0.77842

0.30445

0.12715

1.77842

1.30445

1.12715

1.21002

6.2E+08

8*1e-5

1

0.83468

0.45869

0.37119

1.83468

1.45869

1.37119

1.66456

8.7E+08

7*1e-5

1

0.96435

0.51652

0.47437

1.96435

1.51652

1.47437

1.95524

1.2E+09

6*1e-5

1

1.13534

0.56988

0.63438

2.13534

1.56988

1.63438

2.33961

1.7E+09

5*1e-5

1

2.03652

1.28369

1.29178

3.03652

2.28369

2.29178

4.61198

3.2E+09

4*1e-5

1

2.97196

2.06537

2.49473

3.97196

3.06537

3.49473

7.53207

6.8E+09

3*1e-5

1

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

2*1e-5

1

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

1.00E-05

1

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

9*1e-6

1

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

8*1e-6

1

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

7*1e-6

1

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

6*1e-6

1

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

5*1e-6

1

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

4*1e-6

1

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

3*1e-6

1

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

#NUM!

2*1e-6

1

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

1.00E-06

1

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

1.00E-07

1

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

#VALUE!

?

這條質量曲線里m1和m2的值也糾纏在一起。

雖然頻率和質量的曲線從圖上看都有糾纏但,這幾個糾纏的點不完全重合,如果從頻率和質量兩個維度去分類仍然可能將這幾個對象區分開。

這個實驗雖然只得到了7組有價值的數據,但也證實了這種模擬是可能的。

?

實驗數據

學習率 0.1

權重初始化方式

Random rand1 =new Random();

int ti1=rand1.nextInt(98)+1;

int xx=1;

if(ti1%2==0)

{ xx=-1;}

tw[a][b]=xx*((double)ti1/x);

第一層第二層和卷積核的權重的初始化的x分別為1000,1000,200

?

?

d2(mnist 0, x)81-con(3*3)-49-30-3-(3*k) ,k∈(0,1)的數據

x0---3k

?????????
??????????

f2[0]

f2[1]

f2[2]

迭代次數n

平均準確率p-ave

δ

耗時ms/次

耗時ms/199次

耗時min/199次

最大準確率p-max

0.498028

0.500578

0.267648

17.9196

0.503767

0.5

806.3417

160464

2.6744

0.822695

0.609062

0.391232

0.001381

1721.543

0.5064

0.4

1103.322

219561

3.65935

0.969267

0.715655

0.284307

0.001383

1913.513

0.673654

0.3

1133.392

225547

3.759117

0.997636

0.819332

0.180886

0.001309

2203.241

0.753759

0.2

287.1608

57146

0.952433

0.997636

0.913426

0.086324

0.001203

2472.457

0.785112

0.1

1594.548

317330

5.288833

0.998109

0.992089

0.007913

9.45E-04

3210.839

0.75202

0.01

1374.216

273486

4.5581

0.997636

0.999266

7.34E-04

6.94E-04

4364.106

0.697801

0.001

1594.709

317364

5.2894

0.997636

0.999359

6.42E-04

6.69E-04

4436.95

0.71783

9.00E-04

1835.452

365264

6.087733

0.99669

0.999431

5.69E-04

6.39E-04

4632.246

0.690243

8.00E-04

2244.447

446649

7.44415

0.99669

0.999527

4.74E-04

5.96E-04

4830.879

0.677335

7.00E-04

2293.94

456497

7.608283

0.995272

0.999606

3.95E-04

5.60E-04

5128.377

0.722364

6.00E-04

2407.397

479072

7.984533

0.995745

0.999698

3.02E-04

4.79E-04

6119.181

0.739387

5.00E-04

2638.276

525025

8.750417

0.997636

0.999792

2.08E-04

3.92E-04

7350.779

0.781313

4.00E-04

2925.864

582255

9.70425

0.998109

0.99985

1.50E-04

2.96E-04

9288.859

0.773073

3.00E-04

3337.955

664269

11.07115

0.997163

0.999908

9.19E-05

1.98E-04

13223.02

0.806277

2.00E-04

3833.729

762927

12.71545

0.997163

0.994943

0.005057

9.89E-05

25290.15

0.806339

1.00E-04

5484.06

1091329

18.18882

0.997636

0.999972

2.78E-05

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x2

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6630210

110.5035

0.709742

0.010052

8.86E-06

0.989948

224411.6

0.530356

9.00E-06

37654.61

7493268

124.8878

0.663022

0.020102

7.87E-06

0.979898

242478.2

0.528997

8.00E-06

42188.21

8395457

139.9243

0.756461

1.29E-06

6.91E-06

0.999999

276817.3

0.529656

7.00E-06

47674.84

9487293

158.1216

0.785288

0.010051

5.92E-06

0.989949

305591.4

0.527146

6.00E-06

51288.63

10206438

170.1073

0.639165

0.005026

4.94E-06

0.994974

344915.9

0.524828

5.00E-06

59820.35

11904251

198.4042

0.604374

0.005026

3.95E-06

0.994974

409437.4

0.526517

4.00E-06

70332.83

13996238

233.2706

0.708748

4.95E-07

2.97E-06

1

523975

0.522715

3.00E-06

97274.69

19357665

322.6278

0.58002

?

d3(mnist 0,1,2)81-con(3*3)-49-30-3-(3*k) ,k∈(0,1)的數據

已經在《計算一個網絡準確率達到99.9%的時間和需要的迭代次數---驗證實例三分類minst0,1,2》給出了

d2(mnist 0, x)81-con(3*3)-49-30-3-(3*k) ,k∈(0,1)

d2(mnist 1, x)81-con(3*3)-49-30-3-(3*k) ,k∈(0,1)

d2(mnist 2, x)81-con(3*3)-49-30-3-(3*k) ,k∈(0,1)

的具體數據比較多有感興趣的朋友可以到我的資源里下載。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的神经网络为什么可以实现分类?---三分类网络0,1,2与弹性振子力学系统的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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