Главная › Лекции › 3Blue1Brown — Нейронные сети

Математика обратного распространения ошибки

Лекция показывает, как применять правило цепочки для вычисления градиентов в нейронной сети и объясняет перенос этих вычислений на слои с несколькими нейронами.

3Blue1Brown⏱ 10 минОткрыть на YouTube ↗
Пройти весь тест — 6 вопросов →

Бесплатно, нужен вход через Google. Готовый тест не тратит часовой лимит.

О чём лекция

На примере сети, где в каждом слое по одному нейрону, разбирается зависимость функции ошибки от веса и смещения. Выходной нейрон вычисляется через взвешенную сумму предыдущей активации и смещения, пропущенную через нелинейную функцию. Чтобы найти, как изменение веса влияет на ошибку, зависимость раскладывают по правилу цепочки: вес влияет на взвешенную сумму, та — на активацию, а активация — на стоимость ошибки.

Каждая производная описывает отдельный участок этой цепочки. Влияние ошибки на выход зависит от разницы между предсказанием и желаемым значением; производная активации определяется выбранной нелинейной функцией, а влияние веса на взвешенную сумму — активацией предыдущего нейрона. Для общей функции ошибки вычисления усредняют по обучающим примерам. Аналогично находят чувствительность к смещениям и передают зависимость ошибки к предыдущим слоям, используя вес связи.

В сети с несколькими нейронами добавляются индексы, указывающие нейроны и связи. Основная структура вычислений сохраняется, но один нейрон может влиять на ошибку через несколько путей, поэтому соответствующие вклады складывают. Повторяя вычисления для слоёв и параметров, получают градиент, по которому можно уменьшать ошибку.

Ключевые идеи

Примеры вопросов

В нейросети изменение веса w влияет на стоимость C через последовательность величин: сначала меняется взвешенная сумма z, затем активация a. Как по цепному правилу выразить производную стоимости по весу через производные на этих этапах?

  1. A∂C/∂w = (∂C/∂a)(∂a/∂z)(∂z/∂w)
  2. B∂C/∂w = (∂C/∂z)(∂a/∂z)(∂z/∂w)
  3. C∂C/∂w = (∂C/∂a) + (∂a/∂z) + (∂z/∂w)
  4. D∂C/∂w = (∂C/∂a)(∂z/∂w)
Показать ответ

Верный ответ: A. Вес влияет на стоимость через промежуточные величины z и a, поэтому производные вдоль этой последовательной цепочки перемножаются.

Для одного выходного значения нейросети стоимость задана как C=(a−y)², где a — предсказание, а y — целевое значение. Как изменение разницы между предсказанием и целью влияет на чувствительность стоимости к выходу, выраженную производной ∂C/∂a?

  1. AЧем ближе предсказание к цели, тем больше модуль производной.
  2. BМодуль производной всегда равен единице, независимо от разницы между предсказанием и целью.
  3. CПроизводная не зависит от предсказания и определяется только целевым значением y.
  4. DМодуль производной растёт вместе с модулем разницы |a−y|; знак производной показывает, выше или ниже предсказание цели.
Показать ответ

Верный ответ: D. Производная равна 2(a−y), поэтому её модуль пропорционален величине ошибки, а знак зависит от направления отклонения предсказания от цели.

Пройти весь тест — 6 вопросов →

Свой тест по любой лекции

Вставьте ссылку на видео — LearnReplay сделает тест на понимание.

Создать тест →