面向MATLAB工具箱的神经网络理论与应用

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出版者:第2版 (2003年1月1日)
作者:丛爽
出品人:
页数:200 页
译者:
出版时间:2003年1月1日
价格:20.0
装帧:平装
isbn号码:9787312010484
丛书系列:
图书标签:
  • MATLAB
  • 神经网络
  • 深度学习
  • 工具箱
  • 理论
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具体描述

图书简介:深度学习原理与实践:基于Python的全面解析 图书概述 本书旨在为读者提供一个全面、深入且实践导向的深度学习知识体系。我们聚焦于当前主流的Python编程环境和开源框架(如TensorFlow和PyTorch),详细剖析了从基础的神经网络结构到前沿的深度学习模型和技术。全书结构严谨,理论阐述详实,代码示例丰富且可复现,力求成为一本集理论指导与工程实践于一体的参考手册。本书的编写风格注重清晰的逻辑推导和直观的解释,确保读者不仅能“知道怎么做”,更能“理解为什么这么做”。 第一部分:深度学习的基石与数学原理 本部分将为读者打下坚实的数学和理论基础。我们首先回顾机器学习的核心概念,引入数据预处理、特征工程和模型评估的基本方法。 第一章:从感知机到多层网络 详细介绍了人工神经网络(ANN)的基本单元——神经元的工作机制,包括激活函数(Sigmoid, Tanh, ReLU及其变体)的选择与影响。重点讲解了多层前馈网络(MLP)的构建流程,以及前向传播和损失函数的定义。 第二章:网络训练的核心:反向传播算法 本章深入剖析了深度学习训练的基石——反向传播(Backpropagation)算法。通过链式法则的细致推导,清晰展示了如何高效计算梯度。随后,我们讨论了梯度下降法(GD)及其变体(SGD, Mini-batch GD)的工作原理和收敛特性。 第三章:优化算法的进阶 优化器是决定模型训练效率和最终性能的关键。本章系统介绍了动量法(Momentum)、自适应学习率方法,包括AdaGrad、RMSProp和目前应用最广泛的Adam优化器。我们还探讨了学习率调度(Learning Rate Scheduling)策略,如余弦退火和分步衰减,以应对不同训练阶段的需求。 第四章:正则化与泛化能力 高质量的模型必须具备良好的泛化能力。本章聚焦于防止过拟合的多种技术:L1/L2权重正则化、Dropout机制的概率解释与应用、早停法(Early Stopping)。同时,讨论了批标准化(Batch Normalization, BN)如何稳定训练过程并充当一种轻量级正则化手段。 第二部分:主流深度学习架构详解 本部分转向具体的网络结构,详细解析了在计算机视觉和自然语言处理等领域取得突破性进展的核心模型。 第五章:卷积神经网络(CNN) CNN是图像处理领域的支柱。本章从二维卷积操作的数学定义入手,解释了感受野、权值共享和池化操作的意义。随后,我们系统梳理了经典CNN架构的发展历程:从LeNet到AlexNet的突破,VGG的结构深度探索,GoogLeNet/Inception的模块化设计,以及ResNet通过残差连接解决深度网络退化问题的巧妙思路。 第六章:高级CNN应用与目标检测 深入探讨了在实际应用中常用的CNN变体,如空洞卷积(Dilated Convolution)在语义分割中的应用。本章重点介绍了目标检测的两大主流范式:基于区域提议(Region Proposal)的Two-Stage方法(如Faster R-CNN)和基于回归预测的One-Stage方法(如YOLO和SSD),并对比了它们的性能和实时性。 第七章:循环神经网络(RNN)与序列建模 处理序列数据是深度学习的另一大核心应用方向。本章介绍了标准RNN的结构及其在处理长序列时面临的梯度消失/爆炸问题。随后,重点阐述了长短期记忆网络(LSTM)和门控循环单元(GRU)的内部结构和门控机制,解释了它们如何有效捕获长期依赖关系。 第八章:Attention机制与Transformer Attention机制是近年来自然语言处理领域最重大的革新。本章详细解释了自注意力(Self-Attention)的概念,特别是Scaled Dot-Product Attention的计算流程。随后,系统介绍了Transformer架构,包括其编码器-解码器结构、多头注意力(Multi-Head Attention)的并行计算优势,以及位置编码(Positional Encoding)的重要性。 第三部分:基于Python的实践与前沿技术 本部分侧重于工具的使用和前沿算法的实现,引导读者将理论知识转化为实际生产力。 第九章:TensorFlow 2.x与Keras的高效开发 本章专注于使用TensorFlow 2.x及其高级API Keras进行高效的深度学习模型构建。内容涵盖Eager Execution模式、`tf.data`管道的高性能数据加载、自定义训练循环的编写,以及使用TensorBoard进行模型可视化和调试。 第十章:PyTorch的动态计算图优势 对比TensorFlow,本章详细介绍了PyTorch的动态计算图特性带来的灵活性。讲解了`torch.nn`模块的使用、自动微分引擎`Autograd`的底层原理,以及使用`DataLoader`进行数据批处理的实践技巧,尤其适用于研究型项目。 第十一章:生成模型简介 生成模型是当前AI领域的热点。本章介绍了变分自编码器(VAE)的概率框架和重参数化技巧,以及生成对抗网络(GAN)的零和博弈思想。我们阐述了DCGAN和条件GAN(CGAN)的基本结构,并讨论了训练GAN时常见的模式崩溃问题。 第十二章:迁移学习与模型微调 在资源有限的情况下,迁移学习是快速部署高性能模型的关键。本章讲解了预训练模型的概念,如何利用ImageNet等大型数据集训练好的权重,通过冻结底层或微调顶层参数,应用于特定任务,极大地缩短了开发周期并提升了性能。 结语 本书的编写旨在提供一个坚实且与时俱进的深度学习指南。通过理论推导、算法剖析和主流框架的实战代码,读者将能够独立设计、训练和优化复杂的深度神经网络,为未来在人工智能领域的深入研究和工程应用做好充分准备。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的到来,在我这个长期在图像处理领域摸爬滚打的研究者眼中,无疑是一场及时雨。之前,虽然接触过一些深度学习框架,但总觉得隔靴搔痒,对于其背后的理论基础,特别是神经网络的构建原理、激活函数的选择逻辑、损失函数的优化机制,以及反向传播的数学推导,总有些模糊不清。而这本书,恰恰填补了这一空白。它没有上来就抛出一堆复杂的代码,而是循序渐进地从最基础的神经元模型讲起,一步步剖析了感知机、多层感知机、卷积神经网络、循环神经网络等经典模型的内部构造和工作流程。更让我惊喜的是,作者并没有将理论与实践完全割裂,而是将MATLAB的强大工具箱巧妙地融入其中。书中对于如何利用MATLAB的深度学习工具箱搭建网络、训练模型、可视化结果的详细指导,让那些抽象的理论一下子变得触手可及。例如,在讲解卷积神经网络时,作者不仅详细阐述了卷积层、池化层的原理,还通过MATLAB代码演示了如何构建一个简单的图像分类网络,并对其参数进行调整,观察训练过程中损失值的变化和准确率的提升。这种理论与实践的紧密结合,让我能够真正理解“知其然”也“知其所以然”。读完关于BP神经网络的部分,我再也不用担心看到“梯度消失”或“梯度爆炸”这些术语时一头雾水了,书中清晰的数学推导和MATLAB的实现示例,让我对其成因和解决策略有了深刻的认识。这本书的排版也十分考究,图文并茂,公式清晰,代码段落注释详细,非常适合自学。对于想要深入理解神经网络,并希望将其应用于实际研究项目的同行们来说,这绝对是一本不可多得的宝藏。我尤其喜欢书中关于网络优化和正则化方法的章节,它们为解决过拟合等常见问题提供了有效的指导,这在我最近的一个项目中得到了充分的验证。

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我在进行医学影像分析的研究,其中涉及大量的图像分割、特征提取和疾病诊断任务。传统方法在处理高维、复杂的医学影像数据时,往往存在效率不高、精度不足等问题。神经网络,特别是深度学习,为解决这些挑战提供了强大的工具。然而,如何将这些复杂的模型有效地应用于医学影像分析,并利用MATLAB这一常用的工程分析平台,一直是我探索的方向。这本《面向MATLAB工具箱的神经网络理论与应用》的出现,为我带来了极大的启发。书中对卷积神经网络(CNN)的深入剖析,特别是其在图像特征提取和模式识别方面的卓越能力,为医学影像分析提供了坚实的理论基础。作者通过清晰的数学原理阐述和详实的MATLAB代码示例,展示了如何利用CNN构建用于图像分割、病灶检测等任务的模型。我尤其对书中关于U-Net等在医学影像领域广泛应用的网络的介绍和MATLAB实现感到欣喜,它们能够帮助我快速搭建和验证模型。此外,书中关于数据增强、模型评估、正则化等章节,也为提高模型的泛化能力和鲁棒性提供了宝贵的指导,这对于处理医学影像数据时遇到的各种挑战至关重要。通过这本书,我不仅能够深入理解神经网络的理论精髓,更能将其与MATLAB强大的工具箱相结合,高效地开发和部署应用于医学影像分析的AI模型,这极大地加速了我研究的进程,并有望为临床诊断带来更精准、更高效的解决方案。

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作为一个在学术界摸索多年的研究者,我深知理论研究的严谨性和实践应用的迫切性之间的张力。许多关于神经网络的理论书籍,虽然在数学上严谨,但往往脱离了实际的应用场景,使得初学者难以领会其精髓。而一些实践性的书籍,又可能因为对理论的简化而导致理解上的偏差。这本《面向MATLAB工具箱的神经网络理论与应用》正是解决了这一痛点。作者在阐述神经网络的各种模型时,并没有回避数学推导,而是用一种清晰、有条理的方式呈现,使得复杂的数学概念变得容易理解。例如,在讲解反向传播算法时,作者不仅给出了详细的链式法则推导,还结合MATLAB的符号计算工具,演示了如何高效地计算梯度,这让我对神经网络的训练过程有了前所未有的深刻认识。同时,书中对MATLAB深度学习工具箱的介绍和应用,也做得非常到位。无论是网络层结构的搭建,还是数据预处理、模型训练、性能评估,都有详实的代码示例和操作指导。我尤其欣赏书中关于卷积神经网络(CNN)的章节,作者不仅解释了卷积层、池化层、全连接层的原理,还通过构建一个经典的图像分类模型,展示了如何在MATLAB中实现端到端的训练。这对于我正在进行的一项图像识别研究项目,提供了极大的帮助。这本书的价值在于,它能够让你在掌握理论精髓的同时,也获得直接应用于实践的能力。它不再是冰冷的公式堆砌,而是与实际的工程应用紧密相连。读完这本书,我感觉自己对神经网络的理解不再是零散的知识点,而是一个完整、系统的体系。

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作为一名人工智能领域的初学者,我曾经被市面上各种晦涩难懂的理论和代码教程弄得晕头转向。对神经网络的理解,总是停留在“黑箱”层面,无法深入探究其工作原理。直到我偶然发现了这本《面向MATLAB工具箱的神经网络理论与应用》,我的学习之路才变得豁然开朗。这本书的作者以一种非常人性化的方式,将复杂的神经网络理论变得通俗易懂。从最基础的感知机开始,作者循序渐进地讲解了前馈神经网络、卷积神经网络、循环神经网络等核心模型。让我印象深刻的是,书中不仅提供了详细的数学推导,还配以大量的图示和MATLAB代码示例,让我能够直观地理解每个模型的内部构造和工作流程。例如,在讲解反向传播算法时,作者通过一个非常清晰的例子,让我明白了梯度是如何在网络中传递和更新权值的,这解决了困扰我许久的一个难题。更重要的是,书中对于MATLAB深度学习工具箱的讲解,让我能够将理论知识迅速转化为实践能力。我能够跟着书中的代码,一步步构建自己的神经网络,并在MATLAB环境中进行训练和调试,观察模型的学习过程。这种“理论+实践”的学习模式,极大地激发了我学习的积极性。通过这本书,我不仅对神经网络有了系统全面的认识,更重要的是,我获得了独立构建和应用神经网络的能力,这为我今后的学习和研究打下了坚实的基础。

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作为一名在金融领域数据分析领域工作的专业人士,我一直密切关注着人工智能技术的发展,特别是神经网络在金融预测、风险评估等方面的应用潜力。然而,面对市面上众多纷繁复杂的AI书籍,我常常感到无从下手,不知如何将理论知识转化为实际的金融应用。这本书《面向MATLAB工具箱的神经网络理论与应用》的出现,无疑为我提供了一个绝佳的切入点。它以一种非常务实的方式,将深奥的神经网络理论与MATLAB这一强大的数据分析工具相结合。书中详细介绍了感知机、多层感知机、卷积神经网络、循环神经网络等经典神经网络模型,并且在讲解每个模型时,都提供了清晰的数学原理和直观的图解。让我印象深刻的是,作者并没有停留在理论层面,而是通过大量的MATLAB代码示例,演示了如何利用MATLAB的深度学习工具箱来构建、训练和部署这些模型。例如,在关于时间序列预测的章节中,作者利用LSTM网络,展示了如何对股票价格进行建模和预测,这对我正在进行的一个量化交易策略的研究,提供了非常有价值的参考。书中关于模型评估和优化的章节,也提供了非常实用的指导,例如如何处理不平衡数据、如何进行特征工程、如何选择合适的损失函数和优化器等,这些都是在实际金融数据分析中经常遇到的挑战。通过这本书,我不仅对神经网络有了更深入的理解,更重要的是,我学会了如何将其应用于解决实际的金融问题,这大大增强了我对利用AI技术提升工作效率和创新能力的信心。

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我一直对机器学习的领域充满好奇,尤其是那些能够模拟人脑学习方式的神经网络。然而,理论书籍往往枯燥乏味,而实践教程又可能流于表面,让我始终无法建立起完整的知识体系。这本《面向MATLAB工具箱的神经网络理论与应用》恰好填补了这个鸿沟。作者以一种非常引人入胜的方式,将复杂的神经网络理论分解成易于理解的单元,并巧妙地将其与MATLAB这一强大的工程计算软件相结合。从最基础的感知机模型开始,书中一步步深入到多层前馈网络、卷积神经网络、循环神经网络等核心模型,并通过清晰的数学公式和直观的图示,阐释了它们的原理。更重要的是,作者在讲解每个模型时,都提供了相应的MATLAB实现示例。这对于我这样喜欢动手实践的学习者来说,简直是福音。我能够跟着书中的代码,一步步构建自己的神经网络,并在MATLAB环境中进行训练和调试。这种“理论+实践”的学习模式,极大地增强了我对神经网络的理解深度。我特别喜欢书中关于反向传播算法的讲解,作者通过详细的推导,让我明白了梯度下降是如何一步步优化网络参数的,这解决了困扰我很久的一个疑问。此外,书中还涉及了许多高级主题,如正则化技术、优化算法、模型评估等,这些内容对于构建高性能的神经网络至关重要。通过这本书,我不仅学会了如何使用MATLAB构建神经网络,更重要的是,我真正理解了神经网络背后的科学原理,这让我有信心将这些技术应用到我感兴趣的图像识别、自然语言处理等领域。总而言之,这本书为我打开了一扇通往神经网络世界的大门,让我能够自信地探索这个充满活力的领域。

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我在生物信息学领域工作,日常需要处理大量的基因序列、蛋白质结构等高维复杂数据。近年来,深度学习在这些领域展现出了强大的能力,但如何将其有效地应用于我的研究,却一直是我面临的挑战。市面上的深度学习框架很多,但很多都侧重于直接的应用,而缺乏对底层理论的系统讲解。这本书《面向MATLAB工具箱的神经网络理论与应用》正是填补了这一空白。作者从最基本的神经元模型开始,一步步构建起对各类神经网络的认知。我尤其喜欢书中对卷积神经网络(CNN)和循环神经网络(RNN)的讲解,它们在处理结构化和序列化数据方面有着天然的优势。书中不仅详细阐述了它们的数学原理,还提供了在MATLAB环境下如何实现这些网络的详尽示例。例如,在讲解CNN时,作者通过构建一个用于序列分类的模型,展示了如何有效地提取基因序列中的特征,这对于我正在进行的疾病基因预测项目,具有直接的指导意义。书中对于数据预处理、特征工程、模型训练、验证和调优的详细指导,也帮助我避免了许多常见的陷阱。我曾经遇到一个关于蛋白质二级结构预测的问题,通过参考书中关于RNN和LSTM的应用案例,我成功地构建了一个性能优异的模型,显著提升了预测的准确率。这本书的独特之处在于,它将抽象的理论与具体的工程实践紧密结合,让读者能够真正理解“为什么”和“如何做”,从而能够灵活地运用所学知识解决实际问题。

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在我从事自动驾驶系统开发的过程中,目标检测和场景理解是至关重要的环节。长久以来,我们依赖于传统的计算机视觉算法,但面对复杂多变的真实环境,其鲁棒性和实时性都面临着严峻的挑战。神经网络,尤其是深度学习模型,为解决这些问题带来了新的希望。然而,如何将这些前沿技术有效地应用于自动驾驶的实际场景,并充分利用MATLAB等工程开发工具,一直是我探索的重点。这本《面向MATLAB工具箱的神经网络理论与应用》恰好提供了我所需要的答案。书中对卷积神经网络(CNN)的深入讲解,特别是其在图像特征提取方面的强大能力,为目标检测提供了理论基础。作者通过详细的数学原理阐述和MATLAB代码实现,展示了如何构建一个有效的CNN模型来识别和定位图像中的目标。我尤其对书中关于YOLO、SSD等目标检测算法的介绍和MATLAB实现示例印象深刻,它们能够帮助我快速地在自动驾驶仿真环境中验证和优化这些算法。此外,书中关于循环神经网络(RNN)及其变体(如LSTM)在处理时序数据方面的应用,也为场景理解和行为预测提供了重要的思路。通过这本书,我不仅能够深入理解神经网络的理论,更能将其与MATLAB强大的工具箱相结合,快速开发和部署适用于自动驾驶的AI模型。它极大地缩短了我从理论研究到实际应用之间的距离,为我解决自动驾驶中的技术难题提供了宝贵的指导。

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作为一名在信号处理领域探索多年的工程师,我对信号的特征提取和模式识别有着不懈的追求。长期以来,我们依赖于手工设计的特征,这不仅耗时耗力,而且泛化能力有限。神经网络的出现,为自动特征学习打开了一扇新大门。然而,市面上许多介绍神经网络的书籍,要么过于理论化,让人望而却步,要么过于工程化,缺乏深层次的原理讲解。直到我遇到这本《面向MATLAB工具箱的神经网络理论与应用》,才真正感受到了理论的严谨与实践的便利能够如此完美地融合。书中对各类神经网络模型的剖析,从概念的引入,到数学原理的推导,再到MATLAB工具箱的实际应用,层次分明,逻辑清晰。例如,在讲解循环神经网络(RNN)及其变体(如LSTM和GRU)时,作者不仅深入浅出地阐述了它们在处理序列数据时的优势,还结合MATLAB的RNN工具箱,演示了如何构建和训练一个用于时间序列预测的模型。这对于我在雷达信号分类、语音识别等领域的应用,无疑提供了强大的理论支撑和实践指导。我尤其欣赏书中对于不同激活函数的特性对比分析,以及它们在不同网络结构中的适用性讨论,这让我能够根据具体的任务需求,做出更明智的选择。另外,书中关于模型评估和调优的章节,也提供了非常实用的建议,例如如何选择合适的评估指标,如何通过交叉验证来防止过拟合,以及如何进行超参数搜索。这些内容对于我来说,不仅是知识的补充,更是解决实际工程问题的利器。我曾尝试用书中的方法解决一个复杂的模式识别问题,结果令人惊喜,准确率远超以往的传统方法。这本书的价值,在于它能够真正赋能读者,让复杂的技术变得易于理解和掌握,并能直接应用于解决实际问题。

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作为一名机器人技术的研究者,我对神经网络在感知、决策和控制方面的应用抱有浓厚的兴趣。尤其是在机器人视觉、路径规划以及人机交互等领域,神经网络展现出了巨大的潜力。然而,如何将这些复杂的AI技术与MATLAB这一强大的机器人开发平台相结合,并实现高效的开发和部署,一直是我面临的挑战。这本书《面向MATLAB工具箱的神经网络理论与应用》的出现,为我提供了极佳的解决方案。书中对各类神经网络模型的详细讲解,特别是卷积神经网络(CNN)在图像识别和特征提取方面的能力,为机器人的视觉感知提供了理论基础。作者通过清晰的数学原理阐述和详实的MATLAB代码示例,展示了如何利用CNN构建用于目标识别、场景理解的机器人感知系统。我尤其对书中关于循环神经网络(RNN)及其变体(如LSTM)在处理时序数据方面的应用印象深刻,它们能够帮助我实现机器人运动轨迹的预测和规划,以及对动态环境的理解。此外,书中关于强化学习与神经网络结合的章节,也为机器人智能决策和自主学习提供了重要的思路。通过这本书,我不仅能够深入理解神经网络的理论精髓,更能将其与MATLAB强大的工具箱相结合,快速开发和部署应用于机器人系统的AI模型,这极大地提升了机器人的自主性和智能化水平,为我未来的研究和工程实践提供了坚实的基础和广阔的前景。

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