Вопрос: Какие разделы математики актуальны в сфере нейронных сетей и ИИ?

Лучший ответ: Никакие и все.
Немного лирики. Дело в том, что нейронные сети штука очень непонятная. Она неплохо классифицирует, вроде бы умеет учиться. Но вот принимать решения она почти не умеет. То есть, в каком-то смысле она принимает решения, во время классификации, соотнося образ к паттерну, однако на деле всё как-то печальнее. А ещё она совершенно не умеет выполнять алгоритмы в классическом смысле слова. Ну и получается, что вся суть нейронной сети, всё, что она будет делать определяется её параметрами и входными данными. Вроде бы и похоже на алгоритм, но алгоритм можно определить 1) без входных параметров (классический), 2) не параметрами, а набором действий. Нейронная сеть более... Аналоговая.
Отсюда мы подходим к тому, что нам обязательно нужен будет дифференциальный и функциональный аппараты. К сожалению, современные компьютеры не способны адекватно работать с бесконечно малым и большим, поэтому нам обязательно потребуются методы приближения: это и сами вычислительные методы, и некоторые методы оптимизации (они и по другим причинам потребуются). Да и совсем не лишними будут теория чисел, статистика, мат.логика и определённо более общие теории вероятностей и случайных процессов.
Но нельзя забывать, что нейронные сети - это смежные дисциплины. Обязательно потребуются более узкие разделы, что используются в кибернетике (это в основном сигналы) и теории информации (это в основном дискретная математика с теорией вероятностей). Наконец, обязательно потребуются узкие и глубокие знания в нейрофизиологии. Везде много мат. физики.
Но стоит понимать, что все эти разделы очень тесно переплетены. Не получиться поднять какую-то одну часть отдельно от другой. Всё взаимосвязано. Вообще, очень рекомендую khan academy - наикрутейшая штука. По всей видимости, есть всё, что я здесь описал.
Нажал ctrl+enter рановато...
Как можно заметить, в общем-то нужна вся математика. Если какой-то раздел не указан, то он скорее всего будет затронут в других разделах.
Однако, нейронные сети очень новая... Практика. По сути они работают примерно так: мы берём туеву хучу интегральных и дифференциальных уравнений, берём какое-то приближение и реализуем "квантуя" и "дискретезируя", а потом запускаем. Причём в момент отсчётов всё вроде бы хорошо - процессы идут, ошибка обратно распространяется, однако... Есть небольшая проблема в том, что между этими обновлениями нашей модели как бы и не существует. И если в реальном мире частота дискретизации ну невероятно высока, настолько, что мир кажется гладким (впрочем, есть возможность, что он такой и есть - сейчас не совсем понятно, какой мир и в самом деле), однако в нашей модели эта частота получается ну очень низкой. Поэтому учёные просто молятся, чтобы ничего плохого между этапами существования их модели не произошло. Честно говоря - сомнительное занятие.
Так что, если не желаете продвигать науку вперёд, очень советую бросить это дело. Можете построить пару простейших перцептронов, однако на большее советую не рассчитывать. Сыровато.

Худший ответ: по книгам: задачник Кострикина и задачник Кудрявцева трехтомник - и все только начинается)) по теории серия книг Бауманки или Краснова ряд книг