DeepLearning.ai深度学习课程笔记
  • Introduction
  • 第一门课 神经网络和深度学习(Neural-Networks-and-Deep-Learning)
    • 第一周:深度学习引言(Introduction to Deep Learning)
      • 1.1 神经网络的监督学习(Supervised Learning with Neural Networks)
      • 1.2 为什么神经网络会流行?(Why is Deep Learning taking off?)
    • 第二周:神经网络的编程基础(Basics of Neural Network programming)
      • 2.1 二分类(Binary Classification)
      • 2.2 逻辑回归(Logistic Regression)
      • 2.3 逻辑回归的代价函数(Logistic Regression Cost Function)
      • 2.4 逻辑回归的梯度下降(Logistic Regression Gradient Descent)
      • 2.5 梯度下降的例子(Gradient Descent on m Examples)
      • 2.6 向量化 logistic 回归的梯度输出(Vectorizing Logistic Regression’s Gradient Output)
      • 2.7 (选修)logistic 损失函数的解释(Explanation of logistic regression cost function )
      • Logistic Regression with a Neural Network mindset 代码
      • lr_utils.py
    • 第三周:浅层神经网络(Shallow neural networks)
      • 3.1 神经网络概述(Neural Network Overview)
      • 3.2 神经网络的表示(Neural Network Representation )
      • 3.3 计算一个神经网络的输出(Computing a Neural Network's output )
      • 3.4 多样本向量化(Vectorizing across multiple examples )
      • 3.5 激活函数(Activation functions)
      • 3.6 为什么需要( 非线性激活函数?(why need a nonlinear activation function?)
      • 3.7 激活函数的导数(Derivatives of activation functions )
      • 3.8 神经网络的梯度下降(Gradient descent for neural networks)
      • 3.9 (选修)直观理解反向传播(Backpropagation intuition )
      • 3.10 随机初始化(Random+Initialization)
      • Planar data classification with one hidden layer
      • planar_utils.py
      • testCases.py
    • 第四周:深层神经网络(Deep Neural Networks)
      • 4.1 深层神经网络(Deep L-layer neural network)
      • 4.2 前向传播和反向传播(Forward and backward propagation)
      • 4.3 深层网络中的前向传播(Forward propagation in a Deep Network )
      • 4.4 为什么使用深层表示?(Why deep representations?)
      • 4.5 搭建神经网络块(Building blocks of deep neural networks)
      • 4.6 参数 VS 超参数(Parameters vs Hyperparameters)
      • Building your Deep Neural Network Step by Step
      • dnn_utils.py
      • testCases.py
      • Deep Neural Network Application
      • dnn_app_utils.py
  • 第二门课 改善深层神经网络:超参数调试、 正 则 化 以 及 优 化 (Improving Deep Neural Networks:Hyperparameter tuning, Regulariza
    • 第二门课 改善深层神经网络:超参数调试、正则化以及优化(Improving Deep Neural Networks:Hyperparameter tuning, Regularization and
      • 第一周:深度学习的实用层面(Practical aspects of Deep Learning)
        • 1.1 训练,验证,测试集(Train / Dev / Test sets)
        • 1.2 偏差,方差(Bias /Variance)
        • 1.3 机器学习基础(Basic Recipe for Machine Learning)
        • 1.4 正则化(Regularization)
        • 1.5 为什么正则化有利于预防过拟合呢?(Why regularization reduces overfitting?)
        • 1.6 dropout 正则化(Dropout Regularization)
        • 1.7 理解 dropout(Understanding Dropout)
        • 1.8 其他正则化方法(Other regularization methods)
        • 1.9 归一化输入(Normalizing inputs)
        • 1.10 梯度消失/梯度爆炸(Vanishing / Exploding gradients)
        • 1.11 神经网络的权重初始化(Weight Initialization for Deep Networks)
        • 1.12 梯度的数值逼近(Numerical approximation of gradients)
        • 1.13 梯度检验(Gradient checking)
        • 1.14 梯度检验应用的注意事项(Gradient Checking Implementation Notes)
        • Initialization
        • Gradient Checking
        • Regularization
        • reg_utils.py
        • testCases.py
      • 第二周:优化算法 (Optimization algorithms)
        • 2.1 Mini-batch 梯度下降(Mini-batch gradient descent)
        • 2.2 理解 mini-batch 梯度下降法(Understanding mini-batch gradient descent)
        • 2.3 指数加权平均数(Exponentially weighted averages)
        • 2.4 理解指数加权平均数(Understanding exponentially weighted averages )
        • 2.5 指 数 加 权 平 均 的 偏 差 修 正 ( Bias correction in exponentially weighted averages )
        • 2.6 动量梯度下降法(Gradient descent with Momentum )
        • 2.7 RMSprop( root mean square prop)
        • 2.8 Adam 优化算法(Adam optimization algorithm)
        • 2.9 学习率衰减(Learning rate decay)
        • 2.10 局部最优的问题(The problem of local optima)
        • Optimization
        • opt_utils.py
        • testCases.py
      • 第 三 周 超 参 数 调 试 、 Batch 正 则 化 和 程 序 框 架 (Hyperparameter tuning)
        • 3.1 调试处理(Tuning process)
        • 3.2 为超参数选择合适的范围(Using an appropriate scale to pick hyperparameters)
        • 3.3 超参数训练的实践: Pandas VS Caviar(Hyperparameters tuning in practice: Pandas vs. Caviar)
        • 3.4 归一化网络的激活函数( Normalizing activations in a network)
        • 3.5 将 Batch Norm 拟合进神经网络(Fitting Batch Norm into a neural network)
        • 3.6 Batch Norm 为什么奏效?(Why does Batch Norm work?)
        • 3.7 测试时的 Batch Norm(Batch Norm at test time)
        • 3.8 Softmax 回归(Softmax regression)
        • 3.9 训练一个 Softmax 分类器(Training a Softmax classifier)
        • tensorflow tutorial
        • improv_utils.py
        • tf_utils.py
  • 第三门课 结构化机器学习项目(Structuring Machine Learning Projects)
    • 第三门课 结构化机器学习项目(Structuring Machine Learning Projects)
      • 第一周 机器学习(ML)策略(1)(ML strategy(1))
        • 1.1 为什么是 ML 策略?(Why ML Strategy?)
        • 1.2 正交化(Orthogonalization)
        • 1.3 单一数字评估指标(Single number evaluation metric)
        • 1.4 满足和优化指标(Satisficing and optimizing metrics)
        • 1.5 训练/开发/测试集划分(Train/dev/test distributions)
        • 1.6 开发集和测试集的大小(Size of dev and test sets)
        • 1.7 什么时候该改变开发/测试集和指标?(When to change dev/test sets and metrics)
        • 1.8 为什么是人的表现?( Why human-level performance?)
        • 1.9 可避免偏差(Avoidable bias)
        • 1.10 理解人的表现(Understanding human-level performance)
        • 1.11 超过人的表现(Surpassing human- level performance)
        • 1.12 改善你的模型的表现(Improving your model performance)
      • 第二周:机器学习策略(2)(ML Strategy (2))
        • 2.1 进行误差分析(Carrying out error analysis)
        • 2.2 清楚标注错误的数据(Cleaning up Incorrectly labeled data)
        • 2.3 快速搭建你的第一个系统,并进行迭代(Build your first system quickly, then iterate)
        • 2.4 在不同的划分上进行训练并测试(Training and testing on different distributions)
        • 2.5 不匹配数据划分的偏差和方差(Bias and Variance with mismatched data distributions)
        • 2.6 定位数据不匹配(Addressing data mismatch)
        • 2.7 迁移学习(Transfer learning)
        • 2.8 多任务学习(Multi-task learning)
        • 2.9 什么是端到端的深度学习?(What is end-to-end deep learning?)
        • 2.10 是否要使用端到端的深度学习?(Whether to use end-to-end learning?)
  • 第四门课 卷积神经网络(Convolutional Neural Networks)
    • 第四门课 卷积神经网络(Convolutional Neural Networks)
      • 第一周 卷积神经网络(Foundations of Convolutional Neural Networks)
        • 1.1 计算机视觉(Computer vision)
        • 1.2 边缘检测示例(Edge detection example)
        • 1.3 更多边缘检测内容(More edge detection)
        • 1.4 Padding
        • 1.5 卷积步长(Strided convolutions)
        • 1.6 三维卷积(Convolutions over volumes)
        • 1.7 单层卷积网络(One layer of a convolutional network)
        • 1.8 简单卷积网络示例(A simple convolution network example)
        • 1.9 池化层(Pooling layers)
        • 1.10 卷积神经网络示例(Convolutional neural network example)
        • 1.11 为什么使用卷积?(Why convolutions?)
        • Convolution model Step by Step
        • Convolutional Neural Networks: Application
        • cnn_utils
      • 第二周 深度卷积网络:实例探究(Deep convolutional models: case studies)
        • 2.1 经典网络(Classic networks)
        • 2.2 残差网络(Residual Networks (ResNets))
        • 2.3 残差网络为什么有用?(Why ResNets work?)
        • 2.4 网络中的网络以及 1×1 卷积(Network in Network and 1×1 convolutions)
        • 2.5 谷歌 Inception 网络简介(Inception network motivation)
        • 2.6 Inception 网络(Inception network)
        • 2.7 迁移学习(Transfer Learning)
        • 2.8 数据扩充(Data augmentation)
        • 2.9 计算机视觉现状(The state of computer vision)
        • Residual Networks
        • Keras tutorial - the Happy House
        • kt_utils.py
      • 第三周 目标检测(Object detection)
        • 3.1 目标定位(Object localization)
        • 3.2 特征点检测(Landmark detection)
        • 3.3 目标检测(Object detection)
        • 3.4 卷积的滑动窗口实现(Convolutional implementation of sliding windows)
        • 3.5 Bounding Box预测(Bounding box predictions)
        • 3.6 交并比(Intersection over union)
        • 3.7 非极大值抑制(Non-max suppression)
        • 3.8 Anchor Boxes
        • 3.9 YOLO 算法(Putting it together: YOLO algorithm)
        • 3.10 候选区域(选修)(Region proposals (Optional))
        • Autonomous driving application - Car detection
        • yolo_utils.py
      • 第四周 特殊应用:人脸识别和神经风格转换(Special applications: Face recognition &Neural style transfer)
        • 4.1 什么是人脸识别?(What is face recognition?)
        • 4.2 One-Shot学习(One-shot learning)
        • 4.3 Siamese 网络(Siamese network)
        • 4.4 Triplet 损失(Triplet 损失)
        • 4.5 面部验证与二分类(Face verification and binary classification)
        • 4.6 什么是深度卷积网络?(What are deep ConvNets learning?)
        • 4.7 代价函数(Cost function)
        • 4.8 内容代价函数(Content cost function)
        • 4.9 风格代价函数(Style cost function)
        • 4.10 一维到三维推广(1D and 3D generalizations of models)
        • Art Generation with Neural Style Transfer
        • nst_utils.py
        • Face Recognition for the Happy House
        • fr_utils.py
        • inception_blocks.py
  • 第五门课 序列模型(Sequence Models)
    • 第五门课 序列模型(Sequence Models)
      • 第一周 循环序列模型(Recurrent Neural Networks)
        • 1.1 为什么选择序列模型?(Why Sequence Models?)
        • 1.2 数学符号(Notation)
        • 1.3 循环神经网络模型(Recurrent Neural Network Model)
        • 1.4 通过时间的反向传播(Backpropagation through time)
        • 1.5 不同类型的循环神经网络(Different types of RNNs)
        • 1.6 语言模型和序列生成(Language model and sequence generation)
        • 1.7 对新序列采样(Sampling novel sequences)
        • 1.8 循环神经网络的梯度消失(Vanishing gradients with RNNs)
        • 1.9 GRU单元(Gated Recurrent Unit(GRU))
        • 1.10 长短期记忆(LSTM(long short term memory)unit)
        • 1.11 双向循环神经网络(Bidirectional RNN)
        • 1.12 深层循环神经网络(Deep RNNs)
        • Building your Recurrent Neural Network
        • rnn_utils.py
        • Dinosaurus Island -- Character level language model final
        • utils.py
        • shakespeare_utils.py
        • Improvise a Jazz Solo with an LSTM Network
      • 第二周 自然语言处理与词嵌入(Natural Language Processing and Word Embeddings)
        • 2.1 词汇表征(Word Representation)
        • 2.2 使用词嵌入(Using Word Embeddings)
        • 2.3 词嵌入的特性(Properties of Word Embeddings)
        • 2.4 嵌入矩阵(Embedding Matrix)
        • 2.5 学习词嵌入(Learning Word Embeddings)
        • 2.6 Word2Vec
        • 2.7 负采样(Negative Sampling)
        • 2.8 GloVe 词向量(GloVe Word Vectors)
        • 2.9 情感分类(Sentiment Classification)
        • 2.10 词嵌入除偏(Debiasing Word Embeddings)
        • Operations on word vectors
        • w2v_utils.py
        • Emojify
        • emo_utils.py
      • 第三周 序列模型和注意力机制(Sequence models & Attention mechanism)
        • 3.1 基础模型(Basic Models)
        • 3.2 选择最可能的句子(Picking the most likely sentence)
        • 3.3 集束搜索(Beam Search)
        • 3.4 改进集束搜索(Refinements to Beam Search)
        • 3.5 集束搜索的误差分析(Error analysis in beam search)
        • 3.6 Bleu 得分(选修)(Bleu Score (optional))
        • 3.7 注意力模型直观理解(Attention Model Intuition)
        • 3.8注意力模型(Attention Model)
        • 3.9语音识别(Speech recognition)
        • 3.10触发字检测(Trigger Word Detection)
        • Neural machine translation with attention
        • nmt_utils.py
        • Trigger word detection
        • td_utils.py
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  1. 第五门课 序列模型(Sequence Models)
  2. 第五门课 序列模型(Sequence Models)
  3. 第三周 序列模型和注意力机制(Sequence models & Attention mechanism)

3.5 集束搜索的误差分析(Error analysis in beam search)

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束搜索算法是一种近似搜索算法(an approximate search algorithm),也被称作启发式搜索算法(a heuristic search algorithm),它不总是输出可能性最大的句子,它仅记录着B为前3或者10或是100种可能

人工标记为y∗y^*y∗。束搜索算法翻译结果标记为y^\hat yy^​,是一个十分糟糕的翻译,改变了句子的原意:

模型有两个主要部分,一个是神经网络模型,或说是序列到序列模型(sequence to sequence model),称作是RNN模型,另一部分是束搜索算法,以某个集束宽度B运行

RNN(循环神经网络)实际上是个编码器和解码器(the encoder and the decoder),它会计算P(y∣x)P(y|x)P(y∣x)。如对于句子:Jane visits Africa in September,将Jane visits Africa填入这里(上图编号1),忽略字母的大小写,后面也是一样,计算得到P(y∗∣x)P(y^*|x)P(y∗∣x),P(y^∣x)P(\hat y|x)P(y^​∣x) 同样如此,然后比较一下这两个值哪个更大

  • 若P(y∗∣x)P(y^*|x)P(y∗∣x) 大于P(y^∣x)P(\hat y|x)P(y^​∣x),可束搜索算法却选择了y^\hat yy^​ , 因此能够得出束搜索算法实际上不能给出使P(y∣x)P(y|x)P(y∣x)最大化的yyy值,因为束搜索算法的任务就是寻找一个yyy的值来使这项更大,但是它却选择了y^\hat yy^​,而y∗y^*y∗实际上能得到更大的值。因此这种情况下束搜索算法出错

  • 若P(y∗∣x)P(y^*|x)P(y∗∣x)小于或等于P(y^∣x)P(\hat y|x)P(y^​∣x),y∗y^*y∗ 是比 y^\hat yy^​更好的翻译结果,不过根据RNN模型的结果,P(y∗)P(y^*)P(y∗) 是小于P(y^)P(\hat y)P(y^​)的,即相比于y^\hat yy^​,y∗y^*y∗成为输出的可能更小。因此在这种情况下是RNN模型出了问题

以上都忽略了长度归一化(length normalizations)的细节,如果用了某种长度归一化,那么要比较长度归一化后的最优化目标函数值

误差分析过程:

  1. 先遍历开发集,找出算法产生的错误

  2. 假如P(y∗∣x)P(y^*|x)P(y∗∣x)的值为2 x 10−10^{-10}−10,而P(y^∣x)P(\hat y|x)P(y^​∣x)的值为 1 x10−10^{-10}−10,得知束搜索算法实际上选择了比y∗y^*y∗可能性更低的y^\hat yy^​,则束搜索算法出错,缩写为B

  3. 接着继续遍历第二个错误,若对于第二个例子是RNN模型出现了问题,用缩写R来代表RNN

  4. 接着遍历更多的例子,有时是束搜索算法出现了问题,有时是模型出现了问题,等等

  5. 执行误差分析,得出束搜索算法和RNN模型出错的比例是多少。对开发集中每一个错误例子,即算法输出了比人工翻译更差的结果的情况,尝试确定是搜索算法出了问题,还是生成目标函数(束搜索算法使之最大化)的RNN模型出了问题。找到这两个部分中哪个是产生更多错误的原因

  6. 只有当发现是束搜索算法造成了大部分错误时,才值得花费努力增大集束宽度B;如果发现是RNN模型出了更多错,那么可以进行更深层次的分析,来决定是需要增加正则化还是获取更多的训练数据,抑或是尝试一个不同的网络结构