"Chef" eines Neurons

Stellen Sie sich eine Abteilung in einem Büro vor. Die Mitarbeiter verarbeiten eingehende Informationen — diese Mitarbeiter stehen für die Gewichte eines Neurons, und die Informationen, die sie erhalten, sind der Input. Nachdem die Mitarbeiter ihre Arbeit abgeschlossen haben, entscheidet der Abteilungsleiter, was als Nächstes zu tun ist. In dieser Analogie entspricht der Abteilungsleiter der Aktivierungsfunktion.

Jedes Gewicht (Mitarbeiter) verarbeitet Informationen unterschiedlich, aber die endgültige Entscheidung trifft die Aktivierungsfunktion — der interne „Chef“ des Neurons. Sie bewertet den verarbeiteten Wert und entscheidet, ob dieses Signal weitergeleitet oder unterdrückt wird. Dies hilft dem Netzwerk, nur die relevantesten Informationen weiterzugeben.

Mathematisch führt eine Aktivierungsfunktion eine Nichtlinearität ein, sodass Neuronen komplexe Muster erkennen können, die lineare Funktionen nicht erfassen. Ohne nichtlineare Aktivierungsfunktionen würde ein neuronales Netzwerk wie ein einfaches lineares Modell funktionieren, unabhängig von der Anzahl der Schichten.

Optionen für Aktivierungsfunktionen

Neuronale Netzwerke verwenden häufig die folgenden Aktivierungsfunktionen:

• Sigmoid: ordnet jede reelle Zahl dem Bereich 0 bis 1 zu. Nützlich, wenn die Ausgabe eine Wahrscheinlichkeit oder einen Grad an Sicherheit darstellt;

• ReLU (Rectified Linear Unit): gibt 0 für negative Werte aus und lässt positive Werte unverändert. ReLU ist einfach, effizient und unterstützt das Erlernen komplexer Muster, ohne das bei Sigmoid/Tanh häufig auftretende Vanishing-Gradient-Problem;

• Tanh (Hyperbolische Tangensfunktion): ähnlich wie Sigmoid, aber mit Ausgaben zwischen –1 und 1, was zu einem stärkeren Gradienten für negative Eingaben führt und sie in versteckten Schichten oft effektiver als Sigmoid macht;

Unterschiede bei Aktivierungsfunktionen

Verschiedene Aktivierungsfunktionen werden in unterschiedlichen Fällen eingesetzt, abhängig davon, welche Aufgabe das neuronale Netzwerk lösen soll.

Wird die ReLU-Aktivierungsfunktion verwendet, arbeitet das Neuron nach einer einfachen Regel – es behält alle wichtigen (positiven) Werte und verwirft alle unwichtigen (negativen) Werte.

Verwendet ein Neuron eine Sigmoid-Aktivierung, liegt seine Ausgabe zwischen 0 und 1 und kann als Wahrscheinlichkeit oder Wichtigkeitswert interpretiert werden. Dies unterstützt das Netzwerk dabei, zu bestimmen, wie stark das Neuron die nächste Schicht beeinflussen soll.

Insgesamt ist die Aktivierungsfunktion die Regel, die bestimmt, wie ein Neuron auf eingehende Informationen reagiert. Sie verleiht Flexibilität, beeinflusst den Signalfluss im Netzwerk und ermöglicht es dem Modell, komplexe, mehrschichtige Muster zu erlernen — wodurch neuronale Netze letztlich zu präzisen und anpassungsfähigen Vorhersagen fähig werden.