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CALCULATION LAB · STEP BY STEP

计算题实验室

把每道题拆成“写公式 → 代数值 → 检查方向”。修改数值后,公式、梯度流、概率柱状图与合并过程会同步更新。

PART A · BACKPROPAGATION

Simple Gradient Descent

★★★★

改变题目数值

01 · FORWARD
02 · LOSS
03 · GRADIENT
04 · UPDATE
INPUTx
PREDICTIONwx
LOSSE
← gradient ←
最大坑:当 prediction ≠ target 时,loss 不是 0。即使 \(w=0\),只要 \(t=1\),仍有 \(E=0.5\)。
SOFTMAX + CROSS ENTROPY

从 logits 到 probability 与 gradient

★★★★★

改变 logits 与正确类别

01 · STABLE EXP
02 · PROBABILITY
03 · CE LOSS
04 · GRADIENT

Cross Entropy

\(L=-\log p_y\Rightarrow \partial L/\partial z=p-y\)。正确类别是 \(p_y-1\),其他类别是 \(p_j\)。

符号检查

若题目问 \(\partial\log p_y/\partial z\),答案方向相反:\(y-p\)。先检查是否有负号。If the question asks for \(\partial\log p_y/\partial z\), the direction is reversed: \(y-p\). Check the negative sign first.

CNN CALCULATION

Output、Neurons、Parameters、Connections

★★★★★
OUTPUT SHAPE
NEURONS
PARAMETERS
CONNECTIONS
固定顺序:先算空间 output size;neurons 再乘 filters;parameters 只计算独立共享权重;connections 才按每个 neuron 的 receptive field 展开。
PART B · CHAIN RULE

两层 Neural Network Backprop

★★★★★
两层神经网络梯度流 从输入经过 ReLU 隐藏层到输出和损失,再反向传播梯度。 x₁=1x₂=2 u₁=-1y₁=0u₂=2y₂=2 z=1dz=1 E=.5t=0

ReLU 检查

\(u_1=-1<0\),所以 \(y_1=0\) \(du_1=0\)。连入该 neuron 的 weight 本次不更新。

固定模板

\(dz=z-t\) → \(dv=dz\cdot y\) → \(dy=V^Tdz\) → ReLU → \(dw=du\cdot x\)。

BAYES RULE

看到结果后,重新判断原因

★★★★

Bag 题数值

B₁
B₂
分母检查:\(P(RR\mid B_1)P(B_1)\) 只是“选到 Bag 1 且看到 RR”的 joint probability。答案必须再除以所有可能原因的总和。
ENTROPY + KL DIVERGENCE

不确定性与分布差异

★★★★★

Entropy \(H(p)\)

越平均,entropy 越大;确定性越高,entropy 越小。

\(D_{KL}(p\parallel q)\)

KL 有方向,通常 \(D_{KL}(p\parallel q)\neq D_{KL}(q\parallel p)\),所以它不是 distance。

HUFFMAN TREE

每次合并最小的两个概率

★★★
内部节点不是原始概率:合并后出现的 \(1/2\) 可能是两个小节点的和,不要把它与原始 \(1/2\) 叶节点混淆。

考试前 30 秒检查

  1. 反向传播是否先做完 Forward 和 Loss?
  2. ReLU 前的 \(u<0\) 时,是否把 \(du\) 设为 0?
  3. weight gradient 是否乘的是连入该 weight 的 input?
  4. Softmax 是否先取 exponential,而不是直接按 logits 比例归一化?
  5. Cross Entropy 梯度是否写成 \(p-y\),并检查题目有没有负号?
  6. CNN neurons 是否乘了 filters,parameters 是否避免重复计算共享权重?
  7. Bayes 是否除以所有可能原因的总和?
  8. KL 的 \(p\) \(q\) 方向是否与题目一致?
  9. Huffman 是否每一轮都重新选最小的两个?

25 道核心计算与概念题

新增 Softmax、Cross Entropy gradient、重复输入、线性层、CNN 完整计算、BatchNorm 与 ResNet / DenseNet。每次重置都会重新随机排列选项。

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