人工智能（3）

Supervised Learning with TLUs

Supervised Learning (监督式学习):

在给定的一系列 n 维的向量（vector），每个向量都有对应的标签（label）。相应地，在设计这样一个boundary following的机器人的时候，n维的向量，可能是探测器的输入的值或者来自探测器的一些特征。标签可能是机器人要走的方向。

一直都在讲supervised learning， supervised 不难理解，训练集都是有明确的标签，每次训练的过程都是向着给的标准结果靠拢的一个过程。Learning如何解释？learning或者说“学习”，其实就是计算一个函数或者模型，使得结果越来越符合训练集中的成员，或者说，训练就是使函数或者模型满足训练集中的尽可能多的成员。今天我们想要一起探讨的是一组线性权重的函数，就是阈值逻辑单元。

再回到boundary following的小车的问题，固然，我们可以通过上次所说的根据8个传感器的值进行组合和变换，得出小车应该走的方向，这样的一个方式其实没有用到AI的过程，只是靠人的智慧和经验去总结的一套规律，然后赋予计算机去执行。那如果用AI的方式去处理，应该怎么做？或者说怎么让计算机或者程序自己总结规律，具有处理这样的问题的能力呢？

答案是“learning”，让计算机不断地纠正自己，直到适应整个训练集。回到小车的问题，小车可以选择向东南西北四个方向行走，到底需要在什么情况下往这四个方向走？这次我们不去总结规律，只把一些“现象”告诉计算机，让计算机根据这些“现象”去学习，这些现象其实就是训练集。以向南走为例，8个传感器的数据，对应是（1）否（0）向南走。

0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1

0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0

0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0

0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0

0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0

0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0

以上面的数据为例，前两种情况下，小车需要向南走，注意：每一行是一个vector，前8位分别是西北，北，东北，，，西，这8个方向，最后一位表示是否向南行走，1表示肯定，0表示否定。这已经是一组训练集，准确的讲就是向南走的训练集。说到训练集和“现象”，其实中间还有一个步骤，就是encode（编码）。比如说，我们没有把东南西北四个方向，标记为1，2，3，4。而是，每一个方向单独考虑，用0或者1来表示否与是。同样，包括八个探测器的值也都是用0或者1来表示，这是经常用的表示方式。

说完了learning，一起来看一下TLU。

Threshold Logic Unit 又叫做perceptron （感知器）。

x1,,,xn 是一个vector中的数据，w1 ,,wn 是每一个值的权重，分别相乘求和之和，与阈值比较。一般规定，如果大于等于阈值，输出1，反之输出0. 值得注意的是，一个行动可能对应一个TLU，或者感知器。而，比较复杂的系统，可能需要一组的TLU来完成，这样的一组TLU，就是通常所说的neural network （神经网络）。

至此，了解了TLU包含n个输入，以及与之相乘的权重，然后减去阈值θ，这样的话，不妨把 -θ看成第n+1项，输入是1，权重是 – θ，这样话，训练这样的一个TLU，其实最终我们想知道的就是n+1个权重值。回到boundary following的小车，每一个方向我们都可以训练一个perceptron，这样四个方向就相当于四个感知器，然后根据感知器的输入，分别输入到这四个感知器中，预测是否往哪个方向移动。

在实际的应用中，为了得到权重的值，会采用一种错误纠正（error-correction）的过程来不断优化权重值。权重值一开始被初始化，然后经过这一个过程：

W = w + c (d -f) x,

C 是学习率（learning rate），d 是标签，f 是实际的TLU的输出。

不难看出，学习率，权重的初始化值都会影响权重值的更新过程。其实，训练集的顺序也会对这样的过程产生影响。

这次就是这些，下次一起探讨一下学习中的遗传编程过程（Genetic Programming）。