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用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法

專利號(hào)
CN113168571B
公開(kāi)日期
2025-04-29
申請(qǐng)人
羅伯特·博世有限公司(德國(guó)斯圖加特)
發(fā)明人
F·施密特; T·薩克塞
IPC分類(lèi)
G06N3/084
技術(shù)領(lǐng)域
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),訓(xùn)練,縮放,神經(jīng),操控,范數(shù),輸出信號(hào),網(wǎng)絡(luò),傳感器,傳感
地域:

摘要

用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(60)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法,所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)尤其被設(shè)立用于對(duì)物理測(cè)量參量進(jìn)行分類(lèi),其中在供應(yīng)輸入信號(hào)(x)和所屬的所希望的輸出信號(hào)(yT)的情況下根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(60)的輸出信號(hào)(y)來(lái)進(jìn)行對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(60)的參數(shù)(θ)的適配,其中對(duì)這些參數(shù)(θ)的適配根據(jù)所確定的梯度(g)來(lái)進(jìn)行,其特征在于,所確定的梯度(g)的分量(#imgabs0#)根據(jù)與這些分量相對(duì)應(yīng)的參數(shù)(θ)屬于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的哪個(gè)層(S1,...,S5)來(lái)被縮放。

說(shuō)明書(shū)

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[0155] 現(xiàn)在(1220),針對(duì)該梯度g的每個(gè)分量 ,確定縮放因子 。例如,該縮放因子可以通過(guò)第 個(gè)層的特征圖的與 相對(duì)應(yīng)的特征的感受野rF的大小來(lái)給出。替選地,縮放因子 也可以通過(guò)第 個(gè)層的分辨率、即特征數(shù)目相對(duì)于輸入層的比例來(lái)給出。 [0156] 然后(1220),利用縮放因子 來(lái)對(duì)該梯度g的每個(gè)分量 進(jìn)行縮放,即 [0157] 。?(10) [0158] 如果縮放因子 通過(guò)感受野rF的大小來(lái)給出,則可以特別有效地避免參數(shù)θ的過(guò)擬合。如果縮放因子 通過(guò)分辨率的比例來(lái)給出,則這是一種對(duì)感受野rF的大小的特別高效的近似估計(jì)。 [0159] 圖15圖解說(shuō)明了由縮放層S4來(lái)實(shí)施的方法的實(shí)施方式。 [0160] 縮放層S4被設(shè)立為:實(shí)現(xiàn)附在縮放層S4的輸入端上的輸入信號(hào)x到球體上的投影,該球體具有半徑ρ和中心c。這通過(guò)第一范數(shù) 和第二范數(shù) 來(lái)被表征,該第 一范數(shù)測(cè)量中心c距附在縮放層S4的輸出端上的輸出信號(hào)y的距離,該第二范數(shù)測(cè)量附在縮放層S4的輸入端上的輸入信號(hào)x距附在縮放層S4的輸出端上的輸出信號(hào)y的距離。換言之,如下等式解出了附在縮放層S4的輸出端上的輸出信號(hào)y: [0161] 。??(11) [0162] 圖15a)圖解說(shuō)明了針對(duì)第一范數(shù)N1與第二范數(shù)N2相同的情況的特別高效的第一實(shí)施方式。在下文,該第一范數(shù)和第二范數(shù)用 來(lái)表示。 [0163] 首先(2000),提供附在縮放層S4的輸入端上的輸入信號(hào)x、中心參數(shù)c和半徑參數(shù)ρ。 [0164] 然后(2100),將附在縮放層S4的輸出端上的輸出信號(hào)y確定為 [0165] (12) [0166] 借此,該方法的該部分結(jié)束。 [0167] 圖15b)和15c)圖解說(shuō)明了第一范數(shù)N1和第二范數(shù)N2的特別有利地選擇的組合的實(shí)施方式。 [0168] 圖15b)圖解說(shuō)明了針對(duì)在所要滿足的調(diào)節(jié)(12)中通過(guò)最大范數(shù) 來(lái)給出第一范數(shù) 并且通過(guò)2?范數(shù) 來(lái)給出第二范數(shù) 的情況的第二實(shí)施方式。該范數(shù)組 合能特別高效地被計(jì)算。 [0169] 首先(3000),類(lèi)似于步驟(2000),提供附在縮放層S4的輸入端上的輸入信號(hào)x、中心參數(shù)c和半徑參數(shù)ρ。 [0170] 然后(3100),將附在縮放層S4的輸出端上的輸出信號(hào)y的分量yi確定為 [0171] (13) [0172] 其中i這里表示這些分量。 [0173] 該方法在計(jì)算上特別高效。借此,該方法的該部分結(jié)束。 [0174] 圖15c)圖解說(shuō)明了針對(duì)在所要滿足的調(diào)節(jié)(12)中通過(guò)1?范數(shù) 來(lái)給出第一范數(shù) 并且通過(guò)2?范數(shù) 來(lái)給出第二范數(shù) 的情況的第三實(shí)施方式。該范數(shù)組合引 起:在附在縮放層S4的輸入端上的輸入信號(hào)x中,將盡可能多的小分量設(shè)置到值零。 [0175] 首先(4000),類(lèi)似于步驟(2000),提供附在縮放層S4的輸入端上的輸入信號(hào)x、中心參數(shù)c和半徑參數(shù)ρ。 [0176] 然后(4100),將符號(hào)參量 確定為 [0177] (14) [0178] 而且附在縮放層S4的輸入端上的輸入信號(hào)x的分量xi被 [0179] (15) [0180] 輔助參數(shù)γ被初始化到值零。 [0181] 然后(4200),將集合N確定為 ,并且距離量度為 。 [0182] 然后(4300),檢查是否滿足不等式 [0183] (16)。 [0184] 如果情況如此(4400),則輔助參數(shù)γ被 [0185] ,?(17) [0186] 替代并且分岔回到步驟(4200)。 [0187] 如果不滿足(4500)不等式(16),則將附在縮放層S4的輸出端上的輸出信號(hào)y的分量yi確定為 [0188] (18) [0189] 在這種情況下,符號(hào) 通常意味著 [0190] (19)。 [0191] 借此,該方法的該部分結(jié)束。該方法對(duì)應(yīng)于牛頓法,而且尤其是當(dāng)附在縮放層S4的輸入端上的輸入信號(hào)x的分量中的多個(gè)分量都重要時(shí)在計(jì)算上特別高效。 [0192] 圖16圖解說(shuō)明了用于運(yùn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)60的方法的實(shí)施方式.首先(5000),利用所描述的方法之一來(lái)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。然后(5100),利用這樣被訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)60如所描述的那樣來(lái)運(yùn)行控制系統(tǒng)40。該方法以此結(jié)束。 [0193] 易于理解的是:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不限于前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(英文:“feedforward?neural?network”),而且本發(fā)明可以以相同的方式被應(yīng)用于任何類(lèi)型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),尤其是循環(huán)網(wǎng)絡(luò)、卷積網(wǎng)絡(luò)(英文:“convolutional?neural?network(卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))”)、自動(dòng)編碼器、玻爾茲曼機(jī)、感知器或膠囊網(wǎng)絡(luò)(英文:“Capsule?Neural?Network(膠囊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))”)。 [0194] 術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)”包括用于運(yùn)行可預(yù)先給定的計(jì)算規(guī)則的任意設(shè)備。這些計(jì)算規(guī)則可以以軟件的形式存在,或者以硬件的形式存在,或者也可以以軟件和硬件的混合形式存在。

權(quán)利要求

1.用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(60)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法,所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被設(shè)立用于對(duì)圖像進(jìn)行分類(lèi),其中在供應(yīng)輸入信號(hào)(x)和所屬的所希望的輸出信號(hào)(yT)的情況下根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(60)的輸出信號(hào)(y)來(lái)進(jìn)行對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(60)的參數(shù)(θ)的適配,其中對(duì)這些參數(shù)(θ)的適配根據(jù)所確定的梯度(g)來(lái)進(jìn)行,
其中所確定的梯度(g)的分量(gi,l)根據(jù)與這些分量相對(duì)應(yīng)的參數(shù)(θ)屬于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的哪個(gè)層(S1,...,S5)來(lái)被縮放,
其特征在于,
所述縮放也根據(jù)所確定的梯度(g)的相對(duì)應(yīng)的分量(gi,l)屬于特征圖的哪個(gè)特征來(lái)進(jìn)行,其中所述縮放根據(jù)所述特征的感受野(rF)的大小來(lái)進(jìn)行。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述感受野(rF)根據(jù)所述層(S1,...,S5)的分辨率來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其中所述縮放根據(jù)所述層(S1,...,S5)的分辨率與所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(60)的輸入層(S1)的分辨率之商來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4.訓(xùn)練系統(tǒng)(140),所述訓(xùn)練系統(tǒng)被設(shè)立為實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(60)的應(yīng)用,用于對(duì)輸入信號(hào)(x)進(jìn)行分類(lèi),所述輸入信號(hào)是根據(jù)傳感器(30)的輸出信號(hào)(S)被確定的。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(60)的應(yīng)用,用于根據(jù)所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(60)的所確定的輸出信號(hào)(y)來(lái)提供用于操控執(zhí)行器(10)的操控信號(hào)(A)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用,其中根據(jù)所述操控信號(hào)(A)來(lái)操控執(zhí)行器(10)。

8.計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品,其包括計(jì)算機(jī)程序,所述計(jì)算機(jī)程序被設(shè)立為實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法。

9.機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)(46、146),在其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序,所述計(jì)算機(jī)程序被設(shè)立為實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法。

10.用于使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(60)的方法,其中在第一階段中利用根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法來(lái)訓(xùn)練所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(60)并且接著根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)來(lái)應(yīng)用所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
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