深度學習:使用TensorFlow 2.x 

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莊啟宏 
圖書標籤:
  • 深度學習
  • TensorFlow
  • TensorFlow 2
  • x
  • 機器學習
  • 神經網絡
  • Python
  • 人工智能
  • 模型構建
  • 數據科學
  • 算法
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圖書描述

  深度學習是人工智慧(AI)中發展最快速的領域之一,其主要原因是因為深度學習技術模擬瞭人類大腦的神經網路運作。近年來由於圖形處理器(GPU)的興起,改善瞭電腦的運算速度,因此各式各樣的神經網路一一齣現,而這些神經網路也被應用在我們常用的一些應用產品,例如:文字辨識、語音辨識、垃圾郵件過濾、翻譯等。書中先講述AI概論、Tensorflow的安裝、張量的基礎應用到進階應用,讓讀者能夠先掌握Tensorflow,接著經由Tensorflow來講述深度學習的各種實作項目,如類神經網路、神經網路的優化與調教、捲積神經網路及循環神經網路,藉此能夠將Tensorflow活用,並且對深度學習有更進一步的認識。
 
  本書適用於大學、科大資工、電機、電子係「深度學習」(且使用TensorFlow 2.x)課程使用。
 
本書特色
 
  1.由淺入深的神經網路介紹:
  本書從最基本的深度神經網路架構敘述,接著介紹各種捲積神經網路,並利用Python語法完成各模型的架設。
 
  2.使用最新的Tensorflow 2.x 版本:
  本書使用Tensorflow 2.x 框架來演練多種的神經網路模型,並在利用簡短的程式範例讓讀者瞭解網路模型。
 
  3.配閤常見的訓練資料庫訓練:
  本書使用常見的資料庫,讓網路訓練的過程中更加貼近日常生活。
 
  4.圖錶分析:
  在書中藉由大量的2D、3D的圖錶分析,讓使用者清楚瞭解網路訓練情況。
 
  5.提供大量的網路論文模型與名稱:
  書中介紹的網路模型大多來自於頂尖的會議論文,除瞭有詳細的模型解說外,還提供相對的論文名稱,讓讀者更深入的研讀學習。 
《神經網絡與深度學習實踐:從理論基石到前沿應用》 一、 聚焦核心理論與現代架構 本書旨在為讀者構建一個紮實、全麵的深度學習知識體係,重點剖析當前主流神經網絡模型的理論基礎、內在機製及其高效實現方法。我們不局限於單一框架的簡單操作指導,而是深入探究模型構建背後的數學原理與計算邏輯。 1. 深入解析基礎神經單元與前嚮/反嚮傳播: 本書首先會細緻梳理人工神經網絡(ANN)的基本構成——神經元模型(包括激活函數的選擇、特性與曆史演變),以及網絡的層級結構。我們將詳盡推導和闡釋誤差反嚮傳播算法(Backpropagation)的數學原理,展示梯度是如何在網絡中高效流動的,並討論鏈式法則在這一過程中的核心作用。此外,還會探討不同優化器(如SGD、Momentum、Adam係列)在收斂性和泛化能力上的差異與權衡。 2. 捲積神經網絡(CNN)的結構與進階: 我們將係統介紹CNN的演進曆程,從LeNet到AlexNet、VGG、ResNet、Inception,直至現代的密集連接網絡(DenseNet)和高效的移動端網絡(如MobileNet)。每一類架構的創新點、參數共享的優勢、感受野的構建、批標準化(Batch Normalization)的作用,以及殘差連接(Residual Connection)如何有效緩解深層網絡中的梯度消失問題,都將得到深入的幾何與代數分析。專題部分將涵蓋空洞捲積(Dilated Convolution)在語義分割中的應用,以及分組捲積在模型輕量化中的作用。 3. 循環神經網絡(RNN)的機製與時序建模難題: 本書將詳細講解RNN處理序列數據的內在機製,重點剖析其在長期依賴問題(Long-Term Dependency)上麵臨的挑戰。隨後,我們將全麵介紹長短期記憶網絡(LSTM)和門控循環單元(GRU)的內部結構,闡釋遺忘門、輸入門和輸齣門(或更新門、重置門)如何協同工作,精確控製信息流的保留與遺忘。針對更復雜的時序任務,如機器翻譯和語音識彆,本書還將探討注意力機製(Attention Mechanism)在RNN架構中引入的革命性變化。 4. Transformer架構的徹底解構: 作為當前自然語言處理(NLP)領域的主導範式,本書將花費大量篇幅解構Transformer模型。我們將從自注意力機製(Self-Attention)的矩陣運算入手,清晰解釋多頭注意力(Multi-Head Attention)如何允許模型從不同錶示子空間捕獲信息。編碼器-解碼器結構、位置編碼(Positional Encoding)的必要性,以及後續的BERT、GPT係列模型的預訓練範式和微調策略,都將進行詳盡的案例分析與原理闡述。 二、 數據預處理、正則化與模型調優策略 高效的深度學習實踐離不開對數據和模型參數的精細控製。本書強調從數據源頭到最終評估的完整流程管理。 1. 數據準備與特徵工程的藝術: 介紹如何處理圖像數據的標準化、歸一化、數據增強(包括幾何變換和更復雜的混閤技術)。在處理文本數據時,我們將討論詞嵌入(Word Embedding)如Word2Vec、GloVe的原理,以及上下文相關的嵌入技術,並討論如何有效處理類彆不平衡問題。 2. 泛化能力的保障:正則化技術集錦: 深入探討過擬閤(Overfitting)的根源,並係統介紹應對策略,包括L1/L2權重衰減、Dropout(隨機失活)的概率模型解釋,以及早停法(Early Stopping)。此外,還將介紹對抗性訓練(Adversarial Training)作為一種新興的正則化手段,用以提高模型對微小擾動的魯棒性。 3. 超參數優化與實驗管理: 本書提供一套係統的超參數搜索策略,包括網格搜索(Grid Search)、隨機搜索(Random Search)以及更高級的貝葉斯優化方法。同時,強調實驗的可復現性(Reproducibility)和版本控製的重要性,指導讀者如何科學地設計實驗流程並有效地記錄和比較不同模型的性能指標。 三、 前沿應用領域與實踐案例 本書的實踐部分將通過一係列精心設計的案例,展示深度學習模型在真實世界問題中的強大能力,側重於解決復雜任務的思路構建。 1. 計算機視覺的深度探索: 除瞭基礎的圖像分類,本書將覆蓋目標檢測的經典方法(如R-CNN係列、YOLOv3/v4/v5的迭代思想)和語義分割(FCN、U-Net及其變體)的核心技術。實踐部分將引導讀者理解邊界框迴歸、非極大值抑製(NMS)等關鍵步驟的實現邏輯。 2. 自然語言處理的高級任務: 除瞭序列建模,我們將深入探討文本分類、命名實體識彆(NER)的實現細節。重點在於如何利用預訓練語言模型(如基於Transformer的Encoder-only或Encoder-Decoder結構)來高效解決下遊任務,並討論遷移學習在NLP中的有效性。 3. 生成模型與對抗學習(GANs): 我們將係統介紹生成對抗網絡(GANs)的原理,包括判彆器與生成器的博弈過程。討論訓練過程中的常見不穩定問題(如模式崩潰),並介紹如Wasserstein GAN (WGAN) 等穩定化技術,以及其在圖像生成、數據增強中的應用。 四、 性能優化與部署考量 本書最後一部分關注如何將訓練好的模型轉化為高效的生産工具。 1. 模型效率化與量化: 探討模型剪枝(Pruning)、知識蒸餾(Knowledge Distillation)等技術,用於減小模型體積和計算復雜度。詳細介紹模型量化(Quantization)的原理,包括從浮點數到定點數轉換的精度損失分析和優化方法,為資源受限環境下的部署打下基礎。 2. 分布式訓練策略: 介紹在處理超大規模數據集和模型時,如何利用多GPU或多節點進行數據並行(Data Parallelism)和模型並行(Model Parallelism)的策略,確保訓練過程的效率和穩定性。 本書的目標是培養讀者不僅能“使用”深度學習工具,更能“理解”並“設計”齣更優模型的工程師和研究人員。內容覆蓋全麵、邏輯嚴密、注重原理推導與前沿實踐的結閤。

著者信息

圖書目錄

CH1 人工智慧概論
1-1 人工智慧的興起
1-2 機器學習(Machine Learning ,ML)概述
1-3 深度學習(Deep Learning ,DL)
1-4 人工智慧應用領域

CH2 Tensorflow環境安裝與介紹
2-1 Tensorflow 簡介
2-2 Keras 簡介
2-3 開發環境安裝

CH3 常用工具介紹
3-1 NumPy 介紹
3-2 Matplotlib 介紹
3-3 Pandas 介紹

CH4 張量的基礎與進階應用
4-1 張量(tensor)介紹
4-2 數據類型介紹
4-3 張量的各種運算

CH5 類神經網路
5-1 類神經網路(Neural Network, NN)簡介
5-2 激勵函數(Activation Function)介紹
5-3 神經網路(多層感知機 Multilayer perceptron, MLP)
5-4 網路參數的優化
5-5 神經網路訓練實例(MNIST 手寫數字辨識)
5-6 使用keras 模組實現神經網路訓練(Fashion MNIST 識別)
5-7 網路的保存與載入

CH6 神經網路的優化與調教
6-1 過擬閤(overfitting)與欠擬閤(underfitting)問題
6-2 數據集劃分
6-3 提前停止(Early stopping)
6-4 設定模型層數對
6-5 使用Dropout
6-6 使用正則化(regularization)
6-7 數據增強(Data Augmentation)

CH7 捲積神經網路
7-1 淺談捲積神經(Convolutional Neural Network)網路
7-2 捲積層(Convolution Layer)
7-3 池化層(Pooling Layer)
7-4 Flatten(展平)與Dense(全連接)層
7-5 捲積神經網路實作(LeNet-5 實作)
7-6 常見捲積神經網路(一)-AlexNet 網路
7-7 常見捲積神經網路(二)-VGG 網路
7-8 常見捲積神經網路(三)-GoogLeNet 網路
7-9 常見捲積神經網路(四)-ResNet 網路
7-10 常見捲積神經網路(五)-DenseNet 網路

CH8 循環神經網路
8-1 淺談循環神經網路
8-2 循環神經網路(Recurrent Neural Network)
8-3 循環神經網路(RNN)的梯度消失與爆炸
8-4 長短期記憶(Long Short-Term Memory, LSTM)
8-5 門控循環單元(Gate Recurrent Unit, GRU) 

圖書序言

  • ISBN:9786263282223
  • 叢書係列:大專電子
  • 規格:平裝 / 520頁 / 19 x 26 x 2.6 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀

用户评价

评分

坦白講,我對很多技術書的排版和圖示品質一直不太滿意,很多圖都小小的、灰濛濛的,看瞭半天抓不到重點。但這本《深度學習:使用TensorFlow 2.x》在視覺呈現上,確實下瞭不少功夫。它的程式碼區塊排版清晰俐落,關鍵的函式和參數都有用粗體或顏色標註齣來,閱讀起來眼睛非常舒服,不容易齣錯。特別要稱讚的是,書中很多複雜的網路結構圖,像是資料流嚮的示意圖,都畫得非常簡潔明瞭,一下子就能掌握住運算的核心邏輯。這對於需要經常對照程式碼和架構圖來理解模型的開發者來說,簡直是福音。而且,書中的範例程式碼都是可以直接複製貼上跑起來的,沒有那種需要自己到 GitHub 上找隱藏資源包的麻煩事,這在快速驗證想法時省瞭太多時間。總體而言,這本書給我的感受是:它不隻是一本工具書,更像是一位經驗豐富的資深工程師,坐在你旁邊,手把手帶著你走過每一個關鍵節點,讓你從一個「會用函式庫的人」蛻變為一個「能理解框架本質的人」。

评分

這本《深度學習:使用TensorFlow 2.x》光是書名就給人一種踏實的感覺,你知道這不是那種浮在錶麵的介紹,而是真的要帶你「動手做」的實戰手冊。我記得我當初決定要深入研究機器學習時,網路上各種框架跟函式庫的資訊多到讓人眼花撩亂,TensorFlow 2.x 的發布更是讓整個生態係又翻瞭一輪。市麵上很多書籍往往在理論上講得很深奧,結果程式碼跑起來卻是另一迴事,或者反過來,一堆範例程式碼堆砌在一起,但缺乏係統性的脈絡。然而,這本書最讓我欣賞的是它在「實用性」與「理論深度」之間找到瞭絕佳的平衡點。它不像教科書那樣隻羅列公式,而是緊密地將最新的 TensorFlow 2.x 特性,例如 Eager Execution 和 Keras API 的深度整閤,融入到實際的案例中去解說。讀完前幾章,我感覺自己像是被拉到一個高階的工坊裡,師傅不隻示範瞭工具如何操作,更解釋瞭每一步驟背後的設計哲學。特別是對於如何優化模型結構、處理資料集的高效能管道建構,書中提供的技巧讓我在麵對大型專案時,不再像過去那樣手足無措,而是能胸有成竹地規劃齣更具效率的開發流程。這種從基礎概念到進階調優的無縫接軌,是這本書最核心的價值所在,它真正賦予瞭讀者駕馭複雜深度學習專案的能力。

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這本書的結構安排,根本就是為瞭解決「從理論到實戰的鴻溝」而設計的。我過去買過好幾本號稱實戰的書,結果光是環境配置和套件版本相容性就讓我卡關好幾個禮拜。這本《深度學習:使用TensorFlow 2.x》在這方麵做得非常嚴謹,它顯然是經過多次測試和更新的產物。它不僅僅是教你怎麼用 Keras API 建立模型,更深入探討瞭當模型訓練不如預期時,該如何利用 TensorFlow 強大的除錯工具(如 TensorBoard)來進行可視化分析。記得有一次我的 CNN 模型在驗證集上齣現奇怪的震盪,我幾乎要懷疑是不是自己的資料集有問題瞭。後來翻到書中關於學習率排程(Learning Rate Scheduling)的章節,結閤 TensorBoard 觀察訓練過程的損失麯線,纔赫然發現原來是學習率調得太激進。這種層層遞進的診斷思維,是教科書裡很難學到的。整本書的節奏感掌握得很好,不會讓人覺得某個章節過於冗長或跳躍,每一個主題的銜接都像是精密的齒輪咬閤,推動著讀者不斷嚮前邁進,最終能獨立完成一個中等複雜度以上的深度學習專案。

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對於在臺灣這類技術迭代速度極快的環境中工作的人來說,工具的「前瞻性」非常重要。TensorFlow 2.x 的推動,核心精神就是簡化開發流程,並強化與 Python 生態係的融閤。這本專書的厲害之處在於,它不僅僅是把 TensorFlow 2.0 的新功能講瞭一遍,而是真正將這些新特性融入到更廣泛的 AI 應用場景中去展示其威力。例如,在處理序列模型時,它展示瞭如何利用 TensorFlow 的即時編譯特性(Compile Time vs. Runtime)來優化 RNN 的效能,這對於處理大量時間序列資料的金融或物聯網應用場景來說,是極具競爭力的優勢。此外,作者在講解分佈式訓練(Distributed Training)時,也提供瞭非常清晰的架構圖解,說明如何配置多 GPU 或 TPU 環境,這點對於希望將模型規模擴展到極緻的進階用戶來說,簡直是及時雨。它不隻教你「怎麼做」,更解釋瞭「為什麼要這樣做」,這種對底層設計的洞察力,讓讀者在麵對未來框架的升級和變化時,能有更強的適應性與判斷力,而不是被工具牽著鼻子走。

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說實話,現在坊間的 AI 書籍太多都著重在炫技,把最新的模型架構搬齣來展示,但對於初學者或想從學術理論轉嚮工程實務的人來說,這種「看起來很厲害」的內容其實幫助有限。這本《深度學習:使用TensorFlow 2.x》的寫法,我個人覺得非常「接地氣」。它不是那種一開始就丟給你 Transformer 或 GAN 讓你頭皮發麻的書。相反地,它循序漸進地從最基本的張量操作開始,非常細膩地講解瞭 TensorFlow 如何在底層管理運算圖的建構與釋放。我尤其喜歡它在講解反嚮傳播和梯度下降時的篇幅安排,它沒有直接跳到複雜的數學推導,而是透過 TensorFlow 的自動微分機製(`tf.GradientTape`)來直觀地展示梯度是如何被計算齣來的。這種「程式碼即數學」的呈現方式,對於我們這些更習慣從編程角度理解概念的工程師來說,吸收速度快瞭好幾倍。而且,書中對資料預處理的章節處理得極為周到,涵蓋瞭從 Pandas 轉換到 TensorFlow Dataset 格式的各種陷阱與最佳實踐,這在實際工作中絕對是省下大量除錯時間的寶貴經驗。它給你的不是空泛的知識,而是一套可以直接寫進生產環境的思維框架。

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