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Understanding DeepLearning
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Understanding Deep Learning
Simon J.D. Prince
December 15, 2022
Copyright in this work has been licensed exclusively to The MIT Press,
https://mitpress.mit.edu, which will be releasing the nal version to the public in 2024. All
inquiries regarding rights should be addressed to the MIT Press, Rights and Permissions
Department.
This work is subject to a Creative Commons CC-BY-NC-ND license.
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suggestions, factual inaccuracies, ambiguities, questions, and errata to
udlbookmail@gmail.com.
This book is dedicated to Blair, Calvert, Coppola, Ellison, Faulkner, Kerpatenko,
Morris, Robinson, Sträussler, Wallace, Waymon, Wojnarowicz, and all the others
whose work is perhaps even more important and interesting than deep learning.
Contents
Contents 1
1 Introduction 11
1.1 Supervised learning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1.1 Regression and classication problems . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.1.2 Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.1.3 Machine learning models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1.4 Deep neural networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.1.5 Structured outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2 Unsupervised learning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.2.1 Generative models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.2.2 Latent variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.2.3 Connecting supervised and unsupervised learning . . . . . . . . . . 21
1.3 Reinforcement learning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.3.1 Two examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.4 Structure of book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.5 Ethics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.6 Other books . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.7 How to read this book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2 Supervised learning 27
2.1 Supervised learning overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2 Linear regression example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2.1 1D linear regression model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2.2 Loss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2.3 Training . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2.4 Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3 Shallow neural networks 35
3.1 Neural network example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1.1 Neural network intuition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.1.2 Depicting neural networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.2 Universal approximation theorem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3 Multivariate inputs and outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Draft: please send errata to udlbookmail@gmail.com.
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