深度学习在过去几年，由于卷积神经网络的特征提取能力让这个算法又火了一下，其实在很多年以前早就有所出现，但是由于深度学习的计算复杂度问题，一直没有被广泛应用。
一般的，卷积层的计算形式为：
其中、x分别表示当前卷积层中第j个特征、前一层的第i个特征；k表示当前层的第j个特征与前一层的第i个特征之间的卷积核；M表示需要卷积的前一层的特征的集合，b表示当前卷积层中第j个卷积核对应的偏置。f为激活函数。
卷积层中的权值与阈值通过随机梯度下降法得到：
式中，a为学习率。
损失函数对卷积层参数的梯度可通过链式求导来得到，如下：
式中，表示前一层的梯度。
卷积神经网络中的激活函数有多种形式：
式中a为固定的参数。
式中，每个batch训练样本中的都随机采样自均值分布，在测试中取。
从上述卷积神经网络看出，学习过程中需要进行梯度迭代，真正在实现工业检测等实际应用时时间复杂度极高，因此学术界进行了优化，优化后的一种单层神经网络极限学习机解决了此问题，在过去应用十分广泛。
为解决上述问题，出现了极限学习机。
用最小二乘法解决的一种特殊结果为，等价为一种矩阵求逆的形式
为的Moore-Penrose广义逆。
1）由于极限学习机求取权值的时候只是计算一个广义逆，因此训练速度比基于梯度的学习算法快很多；
2）基于梯度的学习算法存在很多问题，比如学习速率难以确定、局部网络最小化等，极限学习机有效的改善了此类问题，在分类过程中取得了更好的效果；
3）与其他神经网络算法不同，极限学习机在训练过程中，选择激活函数过程中可以选择不可微函数。；
4）极限学习机算法训练过程并不复杂。极限学习机只需要三步就可以完成整个的学习过程。
以下用R代码讲解一下极限学习机
###训练过程如下：
训练过程4步即可。
elmtrain.default <-
function(x,y,nhid,actfun,...) {
require(MASS)
if(nhid < 1) stop("ERROR: number of hidden neurons must be >= 1")
########1.选择数据，X与Y
T <- t(y)
P <- t(x)
########2.随机产生权值，目的在于将X值进行变化
inpweight <- randomMatrix(nrow(P),nhid,-1,1)
tempH <- inpweight %*% P
biashid <- runif(nhid,min=-1,max=1)
biasMatrix <- matrix(rep(biashid, ncol(P)), nrow=nhid, ncol=ncol(P), byrow = F)
tempH = tempH + biasMatrix
########3.将变化后的X值进行高维映射，最常用是sig函数
if(actfun == "sig") H = 1 / (1 + exp(-1*tempH))
else {
if(actfun == "sin") H = sin(tempH)
else {
if(actfun == "radbas") H = exp(-1*(tempH^2))
else {
if(actfun == "hardlim") H = hardlim(tempH)
else {
if(actfun == "hardlims") H = hardlims(tempH)
else {
if(actfun == "satlins") H = satlins(tempH)
else {
if(actfun == "tansig") H = 2/(1+exp(-2*tempH))-1
else {
if(actfun == "tribas") H = tribas(tempH)
else {
if(actfun == "poslin") H = poslin(tempH)
else {
if(actfun == "purelin") H = tempH
else stop(paste("ERROR: ",actfun," is not a valid activation function.",sep=""))
}
}
}
}
}
}
}
}
}
########4.拟合出模型系数，即Y=AX中的A
outweight <- ginv(t(H), tol = sqrt(.Machine$double.eps)) %*% t(T)
Y <- t(t(H) %*% outweight)
model = list(inpweight=inpweight,biashid=biashid,outweight=outweight,actfun=actfun,nhid=nhid,predictions=t(Y))
model$fitted.values <- t(Y)
model$residuals <- y - model$fitted.values
model$call <- match.call()
class(model) <- "elmNN"
model
}
测试过程，过程4步即可。
function (object, newdata = NULL, ...)
{
if (is.null(newdata))
predictions <- fitted(object)
else {
if (!is.null(object$formula)) {
x <- model.matrix(object$formula, newdata)
}
else {
x <- newdata
}
########1.获取训练模型中的参数
inpweight <- object$inpweight
biashid <- object$biashid
outweight <- object$outweight
actfun <- object$actfun
nhid <- object$nhid
TV.P <- t(x)
########2.通过参数将X值进行变化
tmpHTest = inpweight %*% TV.P
biasMatrixTE <- matrix(rep(biashid, ncol(TV.P)), nrow = nhid,
ncol = ncol(TV.P), byrow = F)
tmpHTest = tmpHTest + biasMatrixTE
########3.高维度映射，通常选择sig函数
if (actfun == "sig")
HTest = 1/(1 + exp(-1 * tmpHTest))
else {
if (actfun == "sin")
HTest = sin(tmpHTest)
else {
if (actfun == "radbas")
HTest = exp(-1 * (tmpHTest^2))
else {
if (actfun == "hardlim")
HTest = hardlim(tmpHTest)
else {
if (actfun == "hardlims")
HTest = hardlims(tmpHTest)
else {
if (actfun == "satlins")
HTest = satlins(tmpHTest)
else {
if (actfun == "tansig")
HTest = 2/(1 + exp(-2 * tmpHTest)) -
1
else {
if (actfun == "tribas")
HTest = tribas(tmpHTest)
else {
if (actfun == "poslin")
HTest = poslin(tmpHTest)
else {
if (actfun == "purelin")
HTest = tmpHTest
else stop(paste("ERROR: ", actfun,
" is not a valid activation function.",
sep = ""))
}
}
}
}
}
}
}
}
}
########4.进行预测的值计算，即Y（预测）=AX
TY = t(t(HTest) %*% outweight)
predictions <- t(TY)
}
predictions
}
通过R讲述了极限学习机的内部构造，以下是R自带的示例：通过极限学习机预测
library(elmNN)
set.seed(1234)
Var1 <- runif(50, 0, 100)
sqrt.data <- data.frame(Var1, Sqrt=sqrt(Var1))
model <- elmtrain.formula(Sqrt~Var1, data=sqrt.data, nhid=10, actfun="sig")
new <- data.frame(Sqrt=0,Var1 = runif(50,0,100))
p <- predict(model,newdata=new)
转自：https://ask.hellobi.com/blog/Zason/4543
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