Two different kinds of parameters can be adjusted during the training of an ANN, the weights and the value in the activation functions. This is impractical and it would be easier if only one of the parameters should be adjusted. To cope with this problem a bias neuron is invented. The bias neuron lies in one layer, is connected to all the neurons in the next layer, but none in the previous layer and it always emits 1. Since the bias neuron emits 1 the weights, connected to the bias neuron, are added directly to the combined sum of the other weights (equation 2.1), just like the t value in the activation functions.1

它不实用的原因是，您同时调整权重和值，因此对权重的任何更改都会抵消对先前数据实例有用的值的更改……在不改变值的情况下添加偏置神经元可以让你控制层的行为。

此外，偏差允许您使用单个神经网络来表示类似的情况。考虑由以下神经网络表示的AND布尔函数:

(来源:aihorizon.com)

W0对应于b。 W1对应x1。 W2对应于x2。

A single perceptron can be used to represent many boolean functions. For example, if we assume boolean values of 1 (true) and -1 (false), then one way to use a two-input perceptron to implement the AND function is to set the weights w0 = -3, and w1 = w2 = .5. This perceptron can be made to represent the OR function instead by altering the threshold to w0 = -.3. In fact, AND and OR can be viewed as special cases of m-of-n functions: that is, functions where at least m of the n inputs to the perceptron must be true. The OR function corresponds to m = 1 and the AND function to m = n. Any m-of-n function is easily represented using a perceptron by setting all input weights to the same value (e.g., 0.5) and then setting the threshold w0 accordingly. Perceptrons can represent all of the primitive boolean functions AND, OR, NAND ( 1 AND), and NOR ( 1 OR). Machine Learning- Tom Mitchell)

阈值是偏置，w0是与偏置/阈值神经元相关的权重。

神经网络中没有偏差的一层只不过是输入向量与矩阵的乘法。(输出向量可以通过一个sigmoid函数进行归一化，然后用于多层人工神经网络，但这并不重要。)

这意味着你在使用一个线性函数，因此一个全0的输入将总是映射到一个全0的输出。对于某些系统，这可能是一个合理的解决方案，但一般来说，它的限制太大了。

使用偏置，可以有效地为输入空间增加另一个维度，它总是取值1，因此可以避免输入向量全为0。你不会因此失去任何一般性，因为你训练的权重矩阵不需要是满射的，所以它仍然可以映射到之前可能的所有值。

二维安:

对于一个将二维映射到一维的ANN，就像在复制AND或or(或XOR)函数一样，你可以把一个神经元网络想象成做以下事情:

在二维平面上标记输入向量的所有位置。为布尔值,你想标记(1,1),(1,1),(1,1),(1,1)。你的人工神经网络现在做的是在二维平面上画一条直线，把正输出和负输出分开。

如果没有偏差，这条直线必须经过零，而有偏差，你可以把它放在任何地方。 因此，您将看到，如果没有偏差，您将面临与函数的问题，因为您不能同时将(1，-1)和(-1,1)放在负一侧。(他们不允许在线。)对于OR函数，问题是相等的。然而，有了偏见，就很容易划清界限。

请注意，在这种情况下，异或函数即使有偏差也无法求解。

当您使用ann时，您很少了解您想要学习的系统的内部结构。有些东西没有偏见是学不来的。例如，看一下下面的数据:(0,1)，(1,1)，(2,1)，基本上是一个将任何x映射到1的函数。

如果你有一个单层网络(或线性映射)，你无法找到解决方案。然而，如果你有偏见，那就无关紧要了!

在理想情况下，偏差还可以将所有点映射到目标点的平均值，并让隐藏的神经元模拟该点的差异。

我认为偏见几乎总是有益的。实际上，偏差值允许您将激活函数向左或向右移动，这可能对成功学习至关重要。

看一个简单的例子可能会有所帮助。考虑这个无偏差的1输入1输出网络:

网络的输出是通过将输入(x)乘以权重(w0)并将结果传递给某种激活函数(例如sigmoid函数)来计算的。

下面是这个网络计算的函数，对于不同的w0值:

改变权重w0本质上改变了s型曲线的“陡度”。这很有用，但是如果你想让x = 2时网络输出0呢?仅仅改变s型曲线的陡度是行不通的——你希望能够将整条曲线向右平移。

这正是偏差允许你做的。如果我们给这个网络加上一个偏差，像这样:

.．.然后网络的输出变成sig(w0*x + w1*1.0)。下面是不同w1值的网络输出:

如果w1的权值为-5，曲线就会向右平移，这样当x = 2时，网络的输出就会为0。

单独修改神经元WEIGHTS只用于操纵传递函数的形状/曲率，而不是它的平衡/零交叉点。

引入偏置神经元允许您沿着输入轴水平(左/右)移动传递函数曲线，同时保持形状/曲率不变。 这将允许网络产生不同于默认值的任意输出，因此您可以自定义/移动输入到输出映射以满足您的特定需求。

请看这里的图表解释: http://www.heatonresearch.com/wiki/Bias

一个更简单的理解偏差的方法是:它在某种程度上类似于线性函数的常数b

y = ax + b

它允许你上下移动这条线，以便更好地将预测与数据相匹配。

如果没有b，直线总是经过原点(0,0)你可能会得到一个较差的拟合。

扩展zfy的解释:

一个输入，一个神经元，一个输出的方程如下:

y = a * x + b * 1    and out = f(y)

其中x是输入节点的值，1是偏置节点的值; Y可以直接作为输出，也可以传递给一个函数，通常是一个sigmoid函数。还要注意，偏差可以是任何常数，但为了使一切更简单，我们总是选择1(可能这太常见了，zfy没有显示和解释它)。

你的网络试图学习系数a和b来适应你的数据。 所以你可以看到为什么添加元素b * 1可以让它更好地适应更多的数据:现在你可以改变斜率和截距。

如果你有一个以上的输入，你的方程将是这样的:

y = a0 * x0 + a1 * x1 + ... + aN * 1

请注意，这个方程仍然描述一个神经元，一个输出网络;如果你有更多的神经元，你只需在系数矩阵中增加一个维度，将输入相乘到所有节点，然后将每个节点的贡献相加。

可以写成向量化的形式

A = [a0, a1, .., aN] , X = [x0, x1, ..., 1]
Y = A . XT

即，将系数放在一个数组中，(输入+偏差)放在另一个数组中，你就有了你想要的解决方案，作为两个向量的点积(你需要转置X的形状是正确的，我写了XT a 'X转置')

所以最后你也可以看到你的偏差只是一个输入来代表输出的那部分实际上是独立于你的输入的。

如果您正在处理图像，实际上可能更喜欢完全不使用偏置。从理论上讲，这样你的网络将更独立于数据量，比如图片是暗的，还是亮的和生动的。网络将通过研究你的数据中的相对性来学习它的工作。很多现代神经网络都利用了这一点。

对于其他有偏差的数据可能是至关重要的。这取决于你要处理什么类型的数据。如果您的信息是大小不变的——如果输入[1,0,0.1]应该会导致与输入[100,0,10]相同的结果，那么没有偏差可能会更好。

偏差不是一个神经网络项。这是一个通用的代数术语。

Y = M*X + C(直线方程)

现在如果C(Bias) = 0，那么这条线将始终经过原点，即(0,0)，并且只依赖于一个参数，即M，这是斜率，所以我们有更少的东西可以处理。

C，也就是偏置取任意数，都能移动图形，因此能够表示更复杂的情况。

在逻辑回归中，目标的期望值通过链接函数进行转换，以限制其值为单位区间。这样，模型预测可以被视为主要结果概率，如下所示:

Wikipedia上的Sigmoid函数

这是神经网络映射中打开和关闭神经元的最后一个激活层。在这里，偏差也发挥了作用，它灵活地平移曲线，帮助我们绘制模型。

简单来说，如果你有y=w1*x，其中y是你的输出，w1是权重，想象一个条件，x=0，那么y=w1*x等于0。

如果你想要更新你的权重，你必须计算delw=target-y的变化量，其中target是你的目标输出。在这种情况下，'delw'将不会改变，因为y被计算为0。所以，假设你可以添加一些额外的值，这将有助于y = w1x + w01，其中偏差=1，权重可以调整以获得正确的偏差。考虑下面的例子。

就直线斜率而言，截距是线性方程的一种特殊形式。

Y = mx + b

检查图像

图像

这里b是(0,2)

如果你想把它增加到(0,3)你怎么通过改变b的值来实现呢?

在我的硕士论文中的几个实验中(例如第59页)，我发现偏差可能对第一层很重要，但特别是在最后的完全连接层，它似乎没有发挥很大的作用。

这可能高度依赖于网络架构/数据集。

在我研究的所有ML书籍中，W总是被定义为两个神经元之间的连通性指数，这意味着两个神经元之间的连通性更高。

放电神经元向目标神经元或Y = w * X传递的信号越强，为了保持神经元的生物学特性，我们需要保持1 >= w >= -1，但在实际回归中，w最终会变成| w | >=1，这与神经元的工作方式相矛盾。

因此，我提出W = cos(theta)，而1 >= |cos(theta)|， Y= a * X = W * X + b而a = b + W = b + cos(theta)， b是一个整数。

偏见是我们的锚。对我们来说，这是一种设定底线的方式，我们不会低于这个标准。从图的角度来看，y=mx+b就像这个函数的y轴截距。

输出=输入乘以权重值并加上偏置值，然后应用激活函数。

简单来说，偏差允许学习/存储越来越多的权重变化……(注:有时给出一些阈值)。无论如何，更多的变化意味着偏差为模型的学习/存储权重添加了更丰富的输入空间表示。(更好的权重可以增强神经网络的猜测能力)

例如，在学习模型中，假设/猜测在给定输入的情况下被y=0或y=1所限制，可能是在某个分类任务中……例如，对于某些x=(1,1)，有些y=0，对于某些x=(0,1)，有些y=1。(假设/结果的条件是我上面谈到的阈值。注意，我的示例设置输入X为每个X =一个双值或2值向量，而不是Nate的某个集合X的单值X输入)。

如果我们忽略偏差，许多输入可能最终由许多相同的权重表示(即学习的权重大多出现在原点附近(0,0)。 这样，模型就会被限制在较差的好权重上，而不是在有偏差的情况下更好地学习更多的好权重。(学习不好的权重会导致更差的猜测或神经网络的猜测能力下降)

因此，模型既要在靠近原点的地方学习，又要在阈值/决策边界内尽可能多的地方学习，这是最优的。有了偏差，我们可以使自由度接近原点，但不限于原点的直接区域。

偏差决定了你的体重旋转的角度。

在二维图表中，权重和偏差可以帮助我们找到输出的决策边界。

假设我们需要构建一个AND函数，输入(p)-输出(t)对应该是

{p=[0，0]， t=0}，{p=[1，0]， t=0}，{p=[0，1]， t=0}，{p=[1，1]， t=1}

现在我们需要找到一个决策边界，理想的边界应该是:

看到了吗?W垂直于边界。因此，我们说W决定了边界的方向。

但是，第一次找到正确的W是很困难的。大多数情况下，我们随机选择原始W值。因此，第一个边界可能是这样的:

现在边界平行于y轴。

我们要旋转边界。如何?

通过改变W。

因此，我们使用学习规则函数W'=W+P:

W'=W+P等价于W'=W+ bP，而b=1。

因此，通过改变b(bias)的值，就可以决定W’和W之间的夹角，这就是“ANN的学习规则”。

你也可以阅读Martin T. Hagan / Howard B. Demuth / Mark H. Beale的《神经网络设计》，第4章“感知器学习规则”。

下面是一些进一步的插图，展示了一个简单的2层前馈神经网络在一个双变量回归问题上的结果。权重被随机初始化，并使用标准的ReLU激活。正如我前面的答案所总结的那样，没有偏差，relu网络无法在(0,0)处偏离零。

在神经网络中:

每个神经元都有一个偏向 您可以将偏差视为阈值(通常是阈值的相反值) 输入层的加权和+偏置决定神经元的激活 偏差增加了模型的灵活性。

在没有偏差的情况下，仅考虑来自输入层的加权和可能不会激活神经元。如果神经元没有被激活，来自该神经元的信息就不会通过神经网络的其余部分传递。

偏见的价值是可以学习的。

实际上，bias = - threshold。你可以把偏差想象成让神经元输出1有多容易，如果偏差很大，神经元输出1很容易，但如果偏差很大，就很难了。

总而言之:偏置有助于控制激活函数的触发值。

观看这段视频了解更多细节。

一些更有用的链接:

Geeksforgeeks

走向数据科学

术语偏差用于调整最终输出矩阵，就像y截距一样。例如，在经典方程y = mx + c中，如果c = 0，那么直线将始终经过0。添加偏差项为我们的神经网络模型提供了更大的灵活性和更好的泛化。

偏差有助于得到更好的方程。

想象一下，输入和输出就像一个函数y = ax + b，你需要在输入(x)和输出(y)之间画一条正确的线，以最小化每个点和直线之间的全局误差，如果你保持这样的方程y = ax，你将只有一个参数用于适应，即使你找到了最小化全局误差的最佳参数，它也会离你想要的值很远。

你可以说，偏差使方程更灵活，以适应最佳值