CS231n Lecture4-Introduction to Neural Networks学习笔记

1. Gradient

• 我们需要观察数据的变化程度，于是导数就出现了，但是有些函数中包含多个变量，就存在这针对于每个变量的导数，也就是偏导数。（插图）
  

• 梯度就是偏导数的向量，然后可能是以向量的形式，存储着多个变量的偏导数，合在一起就是梯度。（插图）
  

• 对于一些特殊的函数的梯度，需要注意，比如Max,它是以数据大的一方为偏导数为1，然后乘以后面传来的值，如果小的一方，偏导数为0乘以后面传来的值，得到的结果自然为0了.

2. Chain rule

• 链式法则: 链式法则告诉我们，把这些梯度表达式连在一起的正确方法是乘法(插图)
  

3. Backpropagation

• 直白的讲，首先我们进行前向传播，然后就可以进行反向传播了，第一步是接收从后方传来的梯度，第二步是计算自己结点上的梯度，二者进行相乘就得到了当前结点上的偏导数。
• 一个例子，插图讲解。
  

4. Patterns in backward flow

• add gate: 加法的梯度后面传来的值，与当前值直接乘以1，得到结果，也就是说，经过加法门，后面传来的值与从该门往前传的值不变。
• max gate: 这个比较特殊，值到的一方变量该结点上的梯度为1，小的一方梯度为0，然后最后的结果就是分别乘以后面传来的值，得到最终往前传的梯度，也就是该结点的梯度。
• multiply gate: 这个比较容易理解，当前结点的梯度就像普通的函数分别求偏导数即可，然后分别与后面传来的值相乘，便得到各自的最终梯度。

5. Gradients for vectorized operations

• simple case

# forward pass
W = np.random.randn(5, 10)
X = np.random.randn(10, 3)
D = W.dot(X)

# now suppose we had the gradient on D from above in the circuit
dD = np.random.randn(*D.shape) # same shape as D
dW = dD.dot(X.T) #.T gives the transpose of the matrix
dX = W.T.dot(dD)

• 解释矩阵求偏导，简单来看就是，Y的shape即尺寸大小，反向传播从后方传来一个和Y一样的shape的偏导数，然后如果要求Y对于W的偏导，那么直接是传来的shape偏导数，点积于X的转置；而对于求Y对于X的偏导，就是W的转置点积于传来的shape的偏导数。
• Y = W * X
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• 线性求偏导