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。

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。

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。

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。

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

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。