人工神经网络是一种模仿人脑结构及其功能的信息处理系统，能提高人们对信息处理的智能化水平。它是一门新兴的边缘和交叉学科，它在理论、模型、算法等方面比起以前有了较大的发展，但至今无根本性的突破，还有很多空白点需要努力探索和研究。
1人工神经网络研究背景
神经网络的研究包括神经网络基本理论、网络学习算法、网络模型以及网络应用等方面。其中比较热门的一个课题就是神经网络学习算法的研究。
近年来己研究出许多与神经网络模型相对应的神经网络学习算法，这些算法大致可以分为三类：有监督学习、无监督学习和增强学习。在理论上和实际应用中都比较成熟的算法有以下三种：
(1) 误差反向传播算法(Back Propagation，简称BP 算法)；
(2) 模拟退火算法；
(3) 竞争学习算法。
目前为止，在训练多层前向神经网络的算法中，BP 算法是最有影响的算法之一。但这种算法存在不少缺点，诸如收敛速度比较慢，或者只求得了局部极小点等等。因此，近年来，国外许多专家对网络算法进行深入研究，提出了许多改进的方法。
主要有：
(1) 增加动量法：在网络权值的调整公式中增加一动量项，该动量项对某一时刻的调整起阻尼作用。它可以在误差曲面出现骤然起伏时，减小振荡的趋势，提高网络训练速度；
(2) 自适应调节学习率：在训练中自适应地改变学习率，使其该大时增大，该小时减小。使用动态学习率，从而加快算法的收敛速度；
(3) 引入陡度因子：为了提高BP 算法的收敛速度，在权值调整进入误差曲面的平坦区时，引入陡度因子，设法压缩神经元的净输入，使权值调整脱离平坦区。
此外，很多国内的学者也做了不少有关网络算法改进方面的研究，并把改进的算法运用到实际中，取得了一定的成果：
(1) 王晓敏等提出了一种基于改进的差分进化算法，利用差分进化算法的全局寻优能力，能够快速地得到BP 神经网络的权值，提高算法的速度；
(2) 董国君等提出了一种基于随机退火机制的竞争层神经网络学习算法，该算法将竞争层神经网络的串行迭代模式改为随机优化模式，通过采用退火技术避免网络收敛到能量函数的局部极小点，从而得到全局最优值；
(3) 赵青提出一种分层遗传算法与BP 算法相结合的前馈神经网络学习算法。将分层遗传算法引入到前馈神经网络权值和阈值的早期训练中，再用BP 算法对前期训练所得性能较优的网络权值、阈值进行二次训练得到最终结果，该混合学习算法能够较快地收敛到全局最优解；
(4) 胡洁等提出一种快速且全局收敛的神经网络学习算法，并且对该优化算法的全局收敛性进行分析和详细证明，说明提出的算法比标准的算法效率更高且更精确。
尽管国内外的很多学者对BP 算法进行了改进，但这些算法只有在某些特定要求下才有效，并且对网络训练时要加强对网络的监控，网络的结构和参数是要通过多次的试验才能确定，这些都导致了网络训练时间的增加，降低了网络收敛速度。因此，还需要进一步研究神经网络学习算法，提高网络收敛速度，使网络能够更好地应用于实际。
2神经网络基础
2.1人工神经网络概念
2.1.1生物神经元模型
生物神经系统是一个有高度组织和相互作用的数量巨大的细胞组织群体。人类大脑的神经细胞大约有1010一10，‘个。神经细胞也称神经元，是神经系统的基本单元，它们按不同的结合方式构成了复杂的神经网络。通过神经元及其连接的可塑性，使得大脑具有学习、记忆和认知等各种智能。人工神经网络的研究出发点是以生物神经元学说为基础的。生物神经元学说认为，神经细胞即神经元是神经系统中独立的营养和功能单元。其独立性是指每一个神经元均有自己的核和自己的分界线或原生质膜。生物神经系统包括中枢神经系统和大脑，均是由各类神经元组成。生物神经元之间的相互连接让信息传递的部位称为突触(SynaPse)。突触按其传递信息的不同机制，可分为化学突触和电突触，其中化学突触占大多数，其神经冲动传递借助于化学递质的作用。神经元是基本的信息处理单元。它主要由树突、轴突和突触组成。其结构大致描述如图1所示。
图1生物神经元结构
2.1.2神经网络模型
目前人们提出的神经元模型己有很多，其中提出最早且影响最大的是1943年心理学家McCulloch和科学家W.PittS在分析总结神经元基本特性的基础上首先提出的M一P模型，如图2所示，它是大多数神经网络模型的基础。
图2 模型
Wji—代表神经元i与神经元j之间的连接强度(模拟生物神经元之间突触连接强度)，称之为连接权;
Ui—代表神经元i的活跃值，即神经元状态;
Vi—代表神经元j的输出，即是神经元i的一个输入;
θj—代表神经元的阀值。
函数f表达了神经元的输入输出特性。在M-P模型中，f定义为阶跳函数:
v i=f u i=1,u i>0 0, u i≤0
2.1.3神经网络结构
神经网络的网络结构可以归为以下几类:
l)前馈式网络:该网络结构是分层排列的，每一层的神经元输出只与下一层神经元连接。
2)输出反馈的前馈式网络:该网络结构与前馈式网络的不同之处在于这种网络存在着一个从输出层到输入层的反馈回路。
3)前馈式内层互连网络:该网络结构中，同一层之间存在着相互关联，神经元之间有相互的制约关系，但从层与层之间的关系来看仍然是前馈式的网络结构，许多自组织神经网络大多具有这种结构。
4)反馈型全互连网络:在该网络中，每个神经元的输出都和其他神经元相连，从而形成了动态的反馈关系，该网络结构具有关于能量函数的自寻优能力。
5)反馈型局部互连网络:该网络中，每个神经元只和其周围若干层的神经元发生互连关系，形成局部反馈，从整体上看是一种网状结构。
2.1.4神经网络的学习
神经网络的学习也称为训练，指的是通过神经网络所在环境的刺激作用调整神经网络的自由参数，使神经网络以一种新的方式对外部环境做出反应的一个过程。能够从环境中学习和在学习中提高自身性能是神经网络的最有意义的性质。神经网络经过反复学习对其环境更为了解。学习算法是指针对学习问题的明确规则集合。学习类型是由参数变化发生的形式决定的，不同的学习算法对神经元的突触权值调整的表达式有所不同。
2.2BP神经网络
2.2.1Bp神经网络的定义、特点及应用
采用误差反向传播算法(Bp:ErrorBack一propagationAlgorithm)的多层前馈人工神经网络(或称多层感知器，MLP :Multiuyerperceptron)称为Bp神经网络或BP神经网络模型。BP神经网络具有明显的特点:
l)分布式的信息存储方式
神经网络是以各个处理器本身的状态和它们之间的连接形式存储信息的，一个信息不是存储在一个地方，而是按内容分布在整个网络上。网络上某一处不是只存储一个外部信息，而是存储了多个信息的部分内容。整个网络对多个信息加工后才存储到网络各处，因此，它
是一种分布式存储方式。
2)大规模并行处理
BP神经网络信息的存储与处理(计算)是合二为一的，即信息的存储体现在神经元互连的分布上，并以大规模并行分布方式处理为主，比串行离散符号处理的现代数字计算机优越。
3)自学习和自适应性
BP神经网络各层直接的连接权值具有一定的可调性，网络可以通过训练和学习来确定网络的权值，呈现出很强的对环境的自适应和对外界事物的自学习能力。
4)较强的鲁棒性和容错性
BP神经网络分布式的信息存储方式，使其具有较强的容错性和联想记忆功能，这样如果某一部分的信息丢失或损坏，网络仍能恢复出原来完整的信息，系统仍能运行。
2.2.2BP神经网络结构
BP神经网络通常由输入层、隐含层和输出层组成，层与层之间全互连，每层节点之间不相连。它的输入层节点的个数通常取输入向量的维数，输出层节点的个数通常取输出向量的维数，隐层节点个数目前尚无确定的标准，需通过反复试凑的方法，然后得到最终结果。根据Kolmogor。、定瑾，具有一个隐层(隐层节点足够多)的三层BP神经网络能在闭集上以任意精度逼近任意非线性连续函数。
BP 网络是一种多层前馈神经网络, 由输入层、隐层和输出层组成。层与层之间采用全互连方式, 同一层之间不存在相互连接, 隐层可以有一个或多个。构造一个BP 网络需要确定其处理单元————神经元的特性和网络的拓扑结构。神经元是神经网络最基本的处理单元, 隐层中的神经元采用S 型变换函数, 输出层的神经元可采用S 型或线性型变换函数。图1为一个典型的三层BP 网络的拓扑结构。
神经网络学习采用改进BP 算法, 学习过程由前向计算过程和误差反向传播过程组成。在前向计算过程中, 输入信息从输入层经隐层逐层计算, 并传向输出层, 每层神经元的状态只影响下一层神经元的状态。如输出层不能得到期望的输出, 则转入误差反向传播过程, 误差信号沿原来的连接通路返回, 通过修改各层的神经元的权值, 使得网络系统误差最小。最终网络的实际输出与各自所对应的期望输出逼近。
3MATLAB6.1 神经网络工具箱及其相关函数简介
BP神经网络设计时, 需要确定网络的拓扑结构(隐层的层数及各层的神经元的数目)及其神经元的变换函数,网络的初始化, 误差计算, 学习规则及网络训练, 训练参数及训练样本的归一化处理等方面的工作, 在MATLAB6.1神经网络工具箱中, 有对应的函数完成所涉及到的全部计算任务。
3.1设计BP网络的相关函数
1)神经元变换函数:线性变换函数purelin、对数S型变换函数logsin、双曲线正切S型变换函数tansig。
2)BP 网络生成函数newff:它是用来生成BP 神经网络并进行初始化, 可以确定网络层数、每层中的神经元数和变换函数。这个函数有六个输入参数, 分别是:输入向量的范围、网络结构、各层变换函数、训练算法函数、学习函数和性能函数。输出参数为所生成的BP 神经网络名net。其语法为:net=newff(PR, * S1, S2…, SN1+ , * TF1, TF2, …TFN1+ , BTF, BLF,PF)其中:PR是一个由每个输入向量的最大最小值构成的Rx2矩阵, R 为输入神经元数目。
Si是第i层网络的神经元个数, 网络共有N1层。
TFi是第i层网络神经元的变换函数, 缺省为tansig.
BTF 是BP训练算法函数, 缺省为trainlm.
BLF 是学习函数, 缺省为learngdm.
PF 是性能函数, 缺省为mse.
newff在确定网络结构后会自动调用初始化函数init, 用缺省参数来初始化网络中各个权值和阈值, 产生一个可训练的前馈网络, 即该函数的返回值net。在MATLAB 中, 神经网络net当做对象(object)处理, 其属性用结构来定义。
3)初始化函数init:它是对网络的连接权值和阈值进行初始化。newff在创建网络对象的同时, 自动调动初始化函数, 根据缺省的参数对网络进行连接权值和阈值初始化。
4)学习函数:提供多种学习函数, 用来修正权值和阈值。基本的学习函数有:learngd、learngdm。
5)性能函数:
它是用来计算网络的输出误差。为训练提供判据, 包括:函数mae, 计算网络的平均绝对误差;函数mse, 计算网络的均方误差;函数msereg, 计算均方误差和权/阈值的加权;函数sse, 计算网络的均方误差和。
6)训练函数train:
BP网络的训练初始化后, 可对它进行训练。在MATLAB中训练网络有两类模式:逐变模式和批处理模式。在逐变模式中, 每输入一个学习样本就根据网络性能指标函数对连接权值和阈值更新一次。在批处理模式中, 所有的学习样本都学习完成后, 连接权值和阈值才被更新一次。使用批处理模式不需要为每一层的连接权值和阈值设定训练函数, 而只需为整个网络指定一个训练函数, 使用起来相对方便, 而且许多改进的快速训练算法只能采用批处理模式。训练网络的函数是train 按设置的net.trainFcn和net.trainParam参数来训练网络, 采用批处理方式进行网络的权值和阈值修正, 最终达到设定的网络性能指标的要求。
7)BP 训练算法函数:
它是根据网络的输入、目标期望输出, 对由函数newff生成的BP 网络进行计算, 修正其权值和阈值, 最终达到设定的网络性能指标的要求。不同的训练算法函数对应不同的训练算法, 如traingd对应最基本梯度下降法;traingdm带有动量项的梯度下降法;traingdx带有采用动量项的自适应算法;用共轭梯度法进行训练的函数有:traincgf(采用Fletcher -Reeves 搜索技术)、traincgp(采用Polak-Ribiers搜索技术)、traincgb(采用Powell-Beale 搜索技术);trainbfg 是基于拟牛顿法的训练函数;trainlm是用Levenberg -Marquardt 数值优化法来实现误差反传算法的。各算法的快慢及内存要求依问题的复杂程度、训练集大小、网络的大小及误差要求的不同而有所不同。一般来讲, 对于含有几百个权重的网络, Levenberg -Marquardt 算法有最快的收敛速度。该算法需要大的内存, 可通过增大参数mem-reduc的值来减少内存的使用量。需要注意的是:减少内存使用量实际是通过将雅可比矩阵分解为一个个小的亚矩阵来实现的, 每次只计算其中一个亚矩阵, 这势必增加计算时间, 所以, 如果有足够的内存, 应该将mem-reduc参数设为1, 即每次都计算整个雅可比矩阵。拟牛顿算法的速度仅次于Levenberg -Marquardt 算法而比共轭梯度法的速度快, 内存的需要量也介于这二者之间。在共轭梯度法中, traincgb需要的内存数量最多, 但通常也能最快收敛。总地来讲, 基于共轭梯度法、拟牛顿算法和Levenberg-Marquardt 法等数值优化算法的训练函数的效率比基于启发式算法的traingd、traingdm、traingdx的效率高。以上的训练算法函数均在网络生成函数newff中预先设置。
8)仿真函数sim:
可以用来计算网络在给定输入下的输出。
9)绘图函数poltperf:
可以用来计算网络性能曲线。
3.2数据预处理
如果对神经网络的输入和输出数据进行一定的预处理,可以加快网络的训练速度。MATLAB 提供的预处理方法有:归一化处理(将每组数据都变为-1 至1之间数, 所涉及的函数有premnmx、postmnmx、tramnmx)、标准化处理(将每组数据都为均值为0, 方差为1的一组数据, 所涉及的函数有prestd、poststd、trastd)和主成分分析(进行正交处理, 减少输入数据的维数, 所涉及的函数有prepca、trapca)。下面以归一化处理为例说明其用法, 对于输入矩阵p 和输出矩阵t 进行归一化处理的语句为:[ pn, minp, maxp, tn,mint, maxt] = premnmx(p, t);训练时应该用归一化之后的数据, 即:net= train(net, pn, tn);训练结束后还应对网络的输出an=sim(net, pn)作如下处理:a=postmnmx(an, mint, maxt);当用训练好的网络对新数据pnew进行预测时, 也应作相应的处理:
pnewn= tramnmx (pnew, minp, maxp);anewn=sim(net,pnewn);anew=postmnmx(anew, mint, maxt)。
3.3训练数据的导入方法
要对BP网络进行训练, 必须准备训练样本。对样本数据的获取, 有以下几种方法供选择, 具体采用那种方法, 取决于数据的多少, 数据文件的格式等。用元素列表方式直接输入数据。
创建数据文件, 通过MATLAB 提供的装载数据函数, 从数据文件中读取。
函数load 适合从MAT 文件、ASCII 文件中读取数据;
MATLABI/O 函数适合从其它应用中的数据文件中读取数据;还可以通过数据输入向导(Import Wizard)从文件或剪贴板中读取数据, 单击File 菜单下的“Import Data...”将出现“ImportWizard”窗口, 通过该窗口进行设置, 该方法不适合从M 文件中读取数据。
4BP 神经网络的MATLAB实现
4.1网络设计步骤
在进行BP 神经网络设计时, 需要考虑以下问题:网络的拓扑结构(隐层的层数及各层的神经元的数目);神经元的变换函数选取;网络的初始化(连接权值和阈值的初始化);训练参数设置;训练样本的归一化处理;样本数据导入方式等。
根据以上分析可知, 对于网络的实现有四个基本的步骤:
○1网络建立:通过函数newff实现, 它根据样本数据自动确定输入层、输出层的神经元数目;隐层神经元数目以及隐层的层数、隐层和输出层的变换函数、训练算法函数需由用户确定。
○2初始化;通过函数init实现, 当newff在创建网络对象的同时, 自动调动初始化函数init, 根据缺省的参数对网络进行连接权值和阈值初始化。
○3网络训练:通过函数train 实现, 它根据样本的输入矢量P、目标矢量T;和预先已设置好的训练函数的参数;对网络进行训练。
○4网络仿真:通过函数sim实现, 它根据已训练好的网络, 对测试数据进行仿真计算。
4.2设计实例
利用BP神经网络来完成非线性函数的逼近任务
样本数据如下：
看到期望输出的范围超出，输出层神经元函数利用线性函数作为转移函数。
程序如下：
clear;
clc;
X=-1:0.1:1;
D=[-0.9602 -0.5770 -0.0729 0.3771 0.6405 0.6600 0.4609...
0.1336 -0.2013 -0.4344 -0.5000 -0.3930 -0.1647 -.0988...
0.3072 0.3960 0.3449 0.1816 -0.312 -0.2189 -0.3201]; figure;
plot(X,D,'*'); %绘制原始数据分布图（图3）
net = newff([-1 1],[5 1],{'tansig','tansig'});
net.trainParam.epochs = 100; %训练的最大次数
net.trainParam.goal = 0.005; %全局最小误差
net = train(net,X,D);
O = sim(net,X);
figure;
plot(X,D,'*',X,O); %绘制最后得到的结果和误差曲线
V = net.iw{1,1}%输入层到中间层权值
theta1 = net.b{1}%中间层各神经元阀值
W = net.lw{2,1}%中间层到输出层权值
theta2 = net.b{2}%神经元各神经元阀值
运行结果如下：
图3原始数据分布图
图4训练结果
图5matlab神经网络运行状态
由图5可以看出，经过多次训练以后，得出图3、4的结果只需要经过8次训练即可满足精度要求。
训练次数：8次
用时：〈1s
误差：0.00299〈0.0500
BP神经网络模型与学习算法 BP神经网络模型与学习算法 (1) 一，什么是BP (1) 二、反向传播BP模型 (8) 一，什么是BP "BP（Back Propagation）网络是1986年由Rumelhart和McCelland为首的科学家小组提出，是一种按误差逆传播算法训练的多层前馈网络，是目前应用最广泛的神经网络模型之一。BP网络能学习和存贮大量的输入-输出模式映射关系，而无需事前揭示描述这种映射关系的数学方程。它的学习规则是使用最速下降法，通过反向传播来不断调整网络的权值和阈值，使网络的误差平方和最小。BP神经网络模型拓扑结构包括输入层（input）、隐层(hide layer)和输出层(output layer)。" 我们现在来分析下这些话： ?“是一种按误差逆传播算法训练的多层前馈网络” BP是后向传播的英文缩写，那么传播对象是什么？传播的目的是什么？传播的方式是后向，可这又是什么意思呢。 传播的对象是误差，传播的目的是得到所有层的估计误差，后向是说由后层误差推导前层误差： 即BP的思想可以总结为 利用输出后的误差来估计输出层的直接前导层的误差，再用这个误差估计更前一层的误差，如此一层一层的反传下去，就获得了所有其他各层的误差估计。 ?“BP神经网络模型拓扑结构包括输入层（input）、隐层(hide layer)和输出层(output layer)” 最简单的三层BP：
?“BP网络能学习和存贮大量的输入-输出模式映射关系，而无需事前揭示描述这种映射关系的数学方程。”BP利用一种称为激活函数来描述层与层输出之间的关系，从而模拟各层神经元之间的交互反应。 激活函数必须满足处处可导的条件。那么比较常用的是一种称为S型函数的激活函数： 那么上面的函数为什么称为是S型函数呢： 我们来看它的形态和它导数的形态： p.s. S型函数的导数：
b p神经网络及m a t l a b实现
图1. 人工神经元模型 图中x1~xn是从其他神经元传来的输入信号，wij表示表示从神经元j到神经元i的连接权值，θ表示一个阈值 ( threshold )，或称为偏置( bias )。则神经元i的输出与输入的关系表示为： 图中 yi表示神经元i的输出，函数f称为激活函数 ( Activation Function )或转移函数 ( Transfer Function ) ，net称为净激活(net activation)。若将阈值看成是神经元i的一个输入x0的权重wi0，则上面的式子可以简化为： 若用X表示输入向量，用W表示权重向量，即： X = [ x0 , x1 , x2 , ....... , xn ]
则神经元的输出可以表示为向量相乘的形式： 若神经元的净激活net为正，称该神经元处于激活状态或兴奋状态(fire)，若净激活net为负，则称神经元处于抑制状态。 图1中的这种“阈值加权和”的神经元模型称为M-P模型 ( McCulloch-Pitts Model )，也称为神经网络的一个处理单元( PE, Processing Element )。 2. 常用激活函数 激活函数的选择是构建神经网络过程中的重要环节，下面简要介绍常用的激活函数。 (1) 线性函数 ( Liner Function ) (2) 斜面函数 ( Ramp Function ) (3) 阈值函数 ( Threshold Function ) 以上3个激活函数都属于线性函数，下面介绍两个常用的非线性激活函数。 (4) S形函数 ( Sigmoid Function ) 该函数的导函数：
BP神经网络及深度学习研究 摘要：人工神经网络是一门交叉性学科，已广泛于医学、生物学、生理学、哲学、信息学、计算机科学、认知学等多学科交叉技术领域，并取得了重要成果。BP（Back Propagation）神经网络是一种按误差逆传播算法训练的多层前馈网络，是目前应用最广泛的神经网络模型之一。本文将主要介绍神经网络结构，重点研究BP神经网络原理、BP神经网络算法分析及改进和深度学习的研究。 关键词：BP神经网络、算法分析、应用 1 引言 人工神经网络（Artificial Neural Network，即ANN ），作为对人脑最简单的一种抽象和模拟，是人们模仿人的大脑神经系统信息处理功能的一个智能化系统，是20世纪80 年代以来人工智能领域兴起的研究热点。人工神经网络以数学和物理方法以及信息处理的角度对人脑神经网络进行抽象，并建立某种简化模型，旨在模仿人脑结构及其功能的信息处理系统。 人工神经网络最有吸引力的特点就是它的学习能力。因此从20世纪40年代人工神经网络萌芽开始，历经两个高潮期及一个反思期至1991年后进入再认识与应用研究期，涌现出无数的相关研究理论及成果，包括理论研究及应用研究。最富有成果的研究工作是多层网络BP算法，Hopfield网络模型，自适应共振理论，自组织特征映射理论等。因为其应用价值，该研究呈愈演愈烈的趋势，学者们在多领域中应用[1]人工神经网络模型对问题进行研究优化解决。 人工神经网络是由多个神经元连接构成，因此欲建立人工神经网络模型必先建立人工神经元模型，再根据神经元的连接方式及控制方式不同建立不同类型的人工神经网络模型。现在分别介绍人工神经元模型及人工神经网络模型。 1.1 人工神经元模型 仿生学在科技发展中起着重要作用，人工神经元模型的建立来源于生物神经元结构的仿生模拟，用来模拟人工神经网络[2]。人们提出的神经元模型有很多，其中最早提出并且影响较大的是1943年心理学家McCulloch和数学家W. Pitts 在分析总结神经元基本特性的基础上首先提出的MP模型。该模型经过不断改进后，形成现在广泛应用的BP神经元模型。人工神经元模型是由人量处理单元厂泛互连而成的网络，是人脑的抽象、简化、模拟，反映人脑的基本特性。一般来说，作为人工神经元模型应具备三个要素： (1)具有一组突触或连接，常用表示神经元i和神经元j之间的连接强度。 w ij (2)具有反映生物神经元时空整合功能的输入信号累加器。
神经网络算法详解 第0节、引例 本文以Fisher的Iris数据集作为神经网络程序的测试数据集。Iris数据集可以在https://www.doczj.com/doc/ca10953913.html,/wiki/Iris_flower_data_set 找到。这里简要介绍一下Iris数据集： 有一批Iris花，已知这批Iris花可分为3个品种，现需要对其进行分类。不同品种的Iris花的花萼长度、花萼宽度、花瓣长度、花瓣宽度会有差异。我们现有一批已知品种的Iris花的花萼长度、花萼宽度、花瓣长度、花瓣宽度的数据。 一种解决方法是用已有的数据训练一个神经网络用作分类器。 如果你只想用C#或Matlab快速实现神经网络来解决你手头上的问题，或者已经了解神经网络基本原理，请直接跳到第二节——神经网络实现。 第一节、神经网络基本原理 1. 人工神经元( Artificial Neuron )模型 人工神经元是神经网络的基本元素，其原理可以用下图表示： 图1. 人工神经元模型 图中x1~xn是从其他神经元传来的输入信号，wij表示表示从神经元j到神经元i的连接权值，θ表示一个阈值( threshold )，或称为偏置( bias )。则神经元i的输出与输入的关系表示为：
图中yi表示神经元i的输出，函数f称为激活函数 ( Activation Function )或转移函数( Transfer Function ) ，net称为净激活(net activation)。若将阈值看成是神经元i的一个输入x0的权重wi0，则上面的式子可以简化为： 若用X表示输入向量，用W表示权重向量，即： X = [ x0 , x1 , x2 , ....... , xn ] 则神经元的输出可以表示为向量相乘的形式： 若神经元的净激活net为正，称该神经元处于激活状态或兴奋状态(fire)，若净激活net 为负，则称神经元处于抑制状态。 图1中的这种“阈值加权和”的神经元模型称为M-P模型 ( McCulloch-Pitts Model )，也称为神经网络的一个处理单元( PE, Processing Element )。 2. 常用激活函数 激活函数的选择是构建神经网络过程中的重要环节，下面简要介绍常用的激活函数。 (1) 线性函数 ( Liner Function ) (2) 斜面函数 ( Ramp Function ) (3) 阈值函数 ( Threshold Function )
12、智能算法 12.1 人工神经网络 1、人工神经网络的原理假如我们只知道一些输入和相应的输出，但是不清楚这些输入和输出之间的具体关系是什么，我们可以把输入和输出之间的未知过程看成是一个“网络”,通过不断的网络输入和相应的输出进行“训练”（学习），网络根据输入和对应输出不断调整连接网络的权值，直到满足我们的目标要求，这样就训练好了一个神经网络，当我们给定一个输入， 网络就会计算出一个相应的输出。 2、网络结构神经网络一般有一个输入层，多个隐层，和一个输出层。隐层并非越多越好。如下图所示： 神经网络工具箱几乎 MATLAB 12.2 Matlab 神经网络工具箱 BP 网络和涵盖了所有的神经网络的基本常用模型，如感知器、nntool nftool,nctool,nprtool,nntraintool 和等。它由RBFNN 函数逼近和数据拟合、信息处理和预测、神经网组成。主要应用于
在实际应用中，针对具体的问题，首先络控制和故障诊断等领域。．需要分析利用神经网络来解决问题的性质，然后依据问题的特点，提取训练和测试数据样本，确定网络模型，最后通过对网络进行训练、仿真等检验网络的性能是否满足要求。具体过程如下： (1)确定信息表达的方式，主要包括数据样本已知；数据样本之间相互关系不明确；输入/输出模式为连续的或离散的；数据样本的预处理；将数据样本分成训练样本和测试样本。 (2)网络模型的确定。确定选择何种神经网络以及网络层数。 (3)网络参数的选择，如输入输出神经元个数的确定，隐层神经元的个数等。 (4)训练模式的确定，包括选择合理的训练算法、确定合适的训练步数、指定适当的训练目标误差等 (5)网络测试，选择合理的样本对网络进行测试。 简单来讲就是三个步骤：建立网络(newXX)—训练网络(trainXX)—仿真网络(sim) 12.3 BP 神经网络的 Matlab 相关函数 BP 算法的基本思想：学习过程由信号的正向传播与误差的反向传播两个过程组成。正向传播时，输入样本从输入层传入，经各隐层逐层处理后，传向输出层。若输出层的实际输出与期望输出（教师信号）不符，则转入误差的反向传播阶段。误差反传是将输出误差以某种形式通过隐层向输入层逐层反传，并将误差分摊给各层的所有单元，从而获得各层单元的误差信号，此误差信号作为修正各单元权
数学建模B P神经网 络论文
BP 神经网络 算法原理： 输入信号i x 通过中间节点（隐层点）作用于输出节点，经过非线形变换，产生输出信号k y ，网络训练的每个样本包括输入向量x 和期望输出量d ，网络输出值y 与期望输出值d 之间的偏差，通过调整输入节点与隐层节点的联接强度取值ij w 和隐层节点与输出节点之间的联接强度jk T 以及阈值，使误差沿梯度方向下降，经过反复学习训练，确定与最小误差相对应的网络参数（权值和阈值），训练即告停止。此时经过训练的神经网络即能对类似样本的输入信息，自行处理输出误差最小的经过非线形转换的信息。 变量定义： 设输入层有n 个神经元，隐含层有p 个神经元,输出层有q 个神经元 输入向量：()12,, ,n x x x x = 隐含层输入向量：()12,,,p hi hi hi hi = 隐含层输出向量：()12,,,p ho ho ho ho = 输出层输入向量：()12,,,q yi yi yi yi = 输出层输出向量：()12,,,q yo yo yo yo = 期望输出向量: ()12,, ,q do d d d = 输入层与中间层的连接权值: ih w 隐含层与输出层的连接权值: ho w 隐含层各神经元的阈值:h b 输出层各神经元的阈值: o b 样本数据个数: 1,2, k m =
激活函数: ()f ? 误差函数：21 1(()())2q o o o e d k yo k ==-∑ 算法步骤： Step1.网络初始化 。给各连接权值分别赋一个区间（-1，1）内的随机数，设定误差函数e ，给定计算精度值ε和最大学习次数M 。 Step2.随机选取第k 个输入样本()12()(),(), ,()n x k x k x k x k =及对应期望输出 ()12()(),(),,()q d k d k d k d k =o Step3.计算隐含层各神经元的输入()1 ()()1,2, ,n h ih i h i hi k w x k b h p ==-=∑和输出 ()()(())1,2, ,h h ho k f hi k h p ==及输出层各神经元的输入 ()1 ()()1,2, p o ho h o h yi k w ho k b o q ==-=∑和输出()()(())1,2, ,o o yo k f yi k o p == Step4.利用网络期望输出和实际输出，计算误差函数对输出层的各神经元的偏导数()o k δ。 o ho o ho yi e e w yi w ???=??? (()) () ()p ho h o o h h ho ho w ho k b yi k ho k w w ?-?==??∑ 2 1 1((()()))2(()())()(()())f (()) () q o o o o o o o o o o o o d k yo k e d k yo k yo k yi yi d k yo k yi k k δ=?-?'==--??'=---∑ Step5.利用隐含层到输出层的连接权值、输出层的()o k δ和隐含层的输出计算误差函数对隐含层各神经元的偏导数()h k δ。
传统的BP 算法简述 BP 算法是一种有监督式的学习算法，其主要思想是：输入学习样本，使用反向传播算法对网络的权值和偏差进行反复的调整训练，使输出的向量与期望向量尽可能地接近，当网络输出层的误差平方和小于指定的误差时训练完成，保存网络的权值和偏差。具体步骤如下： （1）初始化，随机给定各连接权[w],[v]及阀值θi ，rt 。 （2）由给定的输入输出模式对计算隐层、输出层各单元输出 （3）计算新的连接权及阀值，计算公式如下： （4）选取下一个输入模式对返回第2步反复训练直到网络设输出误差达到要求结束训练。 第一步，网络初始化 给各连接权值分别赋一个区间（-1，1）内的随机数，设定误差函数e ，给定计算精度值 和最大学习次数M 。 第二步,随机选取第k 个输入样本及对应期望输出 ()12()(),(),,()q k d k d k d k =L o d ()12()(),(),,()n k x k x k x k =L x 第三步，计算隐含层各神经元的输入和输出 第四步，利用网络期望输出和实际输出，计算误差函数对输出层的各神经元的偏导数()o k a δ 第五步，利用隐含层到输出层的连接权值、输出层的()o k δ和隐含层的输出计算误差函数对隐含层各神经元的偏导数()h k δ 第六步，利用输出层各神经元的()o k δ和隐含层各神经元的输出来修正连接权值()ho w k 第七步，利用隐含层各神经元的()h k δ和输入层各神经元的输入修正连接权。 第八步，计算全局误差211 1(()())2q m o o k o E d k y k m ===-∑∑ 第九步，判断网络误差是否满足要求。当误差达到预设精度或学习次数大于设定的最大次数，则结束算法。否则，选取下一个学习样本及对应的期望输出，返回到第三步，进入下一轮学习。 ε
PS：这篇介绍神经网络是很详细的，有一步一步的推导公式！神经网络是DL（深度学习）的基础。 如果对神经网络已经有所了解，可以直接跳到“三、BP算法的执行步骤“ 部分，算法框架清晰明了。 另外，如果对NN 很感兴趣，也可以参阅最后两篇参考博文，也很不错！ 学习是神经网络一种最重要也最令人注目的特点。在神经网络的发展进程中，学习算法的研究有着十分重要的地位。目前，人们所提出的神经网络模型都是和学习算法相应的。所以，有时人们并不去祈求对模型和算法进行严格的定义或区分。有的模型可以有多种算法．而有的算法可能可用于多种模型。不过，有时人们也称算法为模型。 自从40年代Hebb提出的学习规则以来，人们相继提出了各种各样的学习算法。其中以在1986年Rumelhart等提出的误差反向传播法，即BP(error BackPropagation)法影响最为广泛。直到今天，BP算法仍然是自动控制上最重要、应用最多的有效算法。 1．2．1 神经网络的学习机理和机构 在神经网络中，对外部环境提供的模式样本进行学习训练，并能存储这种模式，则称为感知器；对外部环境有适应能力，能自动提取外部环境变化特征，则称为认知器。 神经网络在学习中，一般分为有教师和无教师学习两种。感知器采用有教师信号进行学习，而认知器则采用无教师信号学习的。在主要神经网络如BP网络，Hopfield网络，ART网络和Kohonen 网络中；BP网络和Hopfield网络是需要教师信号才能进行学习的；而ART网络和Kohonen网络则无需教师信号就可以学习。所谓教师信号，就是在神经网络学习中由外部提供的模式样本信号。 一、感知器的学习结构 感知器的学习是神经网络最典型的学习。 目前，在控制上应用的是多层前馈网络，这是一种感知器模型，学习算法是BP法，故是有教师学习算法。 一个有教师的学习系统可以用图1—7表示。这种学习系统分成三个部分：输入部，训练部和输出部。
B P神经网络算法步骤
传统的BP 算法简述 BP 算法是一种有监督式的学习算法，其主要思想是：输入学习样本，使用反向传播算法对网络的权值和偏差进行反复的调整训练，使输出的向量与期望向量尽可能地接近，当网络输出层的误差平方和小于指定的误差时训练完成，保存网络的权值和偏差。具体步骤如下： （1）初始化，随机给定各连接权[w],[v]及阀值θi ，rt 。 （2）由给定的输入输出模式对计算隐层、输出层各单元输出 （3）计算新的连接权及阀值，计算公式如下： （4）选取下一个输入模式对返回第2步反复训练直到网络设输出误差达到要求结束训练。 第一步，网络初始化 给各连接权值分别赋一个区间（-1，1）内的随机数，设定误差函数e ，给定计 算精度值 和最大学习次数M 。 第二步,随机选取第k 个输入样本及对应期望输出 ()12()(),(),,()q k d k d k d k =L o d ()12()(),(),,()n k x k x k x k =L x 第三步，计算隐含层各神经元的输入和输出 第四步，利用网络期望输出和实际输出，计算误差函数对输出层的各神经元的偏导数()o k a δ 第五步，利用隐含层到输出层的连接权值、输出层的()o k δ和隐含层的输出计算误差函数对隐含层各神经元的偏导数()h k δ 第六步，利用输出层各神经元的()o k δ和隐含层各神经元的输出来修正连接权值()ho w k 第七步，利用隐含层各神经元的()h k δ和输入层各神经元的输入修正连接权。 第八步，计算全局误差211 1(()())2q m o o k o E d k y k m ===-∑∑ ε
神经网络学习之 BP神经网络 https://www.doczj.com/doc/ca10953913.html,/u013007900/article/details/50118945
目录 第一章概述 第二章BP算法的基本思想 第三章BP网络特性分析 3.1 BP网络的拓扑结构 (4) 3.2 BP网络的传递函数 (5) 3.3 BP网络的学习算法 (6) 第四章BP网络的训练分解 4.1前向传输（Feed-Forward前向反馈） (8) 4.2逆向反馈（Backpropagation） (9) 4.3 训练终止条件 (10) 第五章BP网络运行的具体流程 (10) 5.1网络结构 (10) 5.2变量定义 (10) 5.3误差函数： (11) 第六章 BP网络的设计 (14) 6.1 网络的层数 (14) 6.2 隐层神经元的个数 (14) 6.3 初始权值的选取 (15) 6.4 学习速率 (15) BP网络的局限性 (15) BP网络的改进 (15)
第一章概述 神经网络是1986年由Rumelhart和McCelland为首的科研小组提出，参见他们发表在Nature 上的论文Learning representations by back-propagating errors。 BP神经网络是一种按误差逆传播算法训练的多层前馈网络，是目前应用最广泛的神经网络模型之一。BP网络能学习和存贮大量的输入-输出模式映射关系，而无需事前揭示描述这种映射关系的数学方程。它的学习规则是使用最速下降法，通过反向传播来不断调整网络的权值和阈值，使网络的误差平方和最小。 第二章 BP算法的基本思想 多层感知器在如何获取隐层的权值的问题上遇到了瓶颈。既然我们无法直接得到隐层的权值，能否先通过输出层得到输出结果和期望输出的误差来间接调整隐层的权值呢？BP算法就是采用这样的思想设计出来的算法，它的基本思想是,学习过程由信号的正向传播与误差的反向传播两个过程组成。 ?正向传播时，输入样本从输入层传入,经各隐层逐层处理后,传向输出层。若输出层的实际输出与期望的输出(教师信号)不符,则转入误差的反向传播阶段。 ?反向传播时，将输出以某种形式通过隐层向输入层逐层反传,并将误差分摊给各层的所有单元,从而获得各层单元的误差信号,此误差信号即作为修正各单元权值的依据。 这两个过程的具体流程会在后文介绍。 BP算法的信号流向图如下图所示
PS:这篇介绍神经网络就是很详细得,有一步一步得推导公式！神经网络就是DL(深度学习)得基础。 如果对神经网络已经有所了解,可以直接跳到“三、BP算法得执行步骤“ 部分,算法框架清晰明了。 另外,如果对NN 很感兴趣,也可以参阅最后两篇参考博文,也很不错！ 学习就是神经网络一种最重要也最令人注目得特点。在神经网络得发展进程中,学习算法得研究有着十分重要得地位。目前,人们所提出得神经网络模型都就是与学习算法相应得。所以,有时人们并不去祈求对模型与算法进行严格得定义或区分。有得模型可以有多种算法.而有得算法可能可用于多种模型。不过,有时人们也称算法为模型。 自从40年代Hebb提出得学习规则以来,人们相继提出了各种各样得学习算法。其中以在1986年Rumelhart等提出得误差反向传播法,即BP(error BackPropagation)法影响最为广泛。直到今天,BP算法仍然就是自动控制上最重要、应用最多得有效算法。 1.2.1 神经网络得学习机理与机构 在神经网络中,对外部环境提供得模式样本进行学习训练,并能存储这种模式,则称为感知器;对外部环境有适应能力,能自动提取外部环境变化特征,则称为认知器。 神经网络在学习中,一般分为有教师与无教师学习两种。感知器采用有教师信号进行学习,而认知器则采用无教师信号学习得。在主要神经网络如BP网络,Hopfield网络,ART网络与Kohonen 网络中;BP网络与Hopfield网络就是需要教师信号才能进行学习得;而ART网络与Kohonen网络则无需教师信号就可以学习。所谓教师信号,就就是在神经网络学习中由外部提供得模式样本信号。 一、感知器得学习结构 感知器得学习就是神经网络最典型得学习。 目前,在控制上应用得就是多层前馈网络,这就是一种感知器模型,学习算法就是BP法,故就是有教师学习算法。 一个有教师得学习系统可以用图1—7表示。这种学习系统分成三个部分:输入部,训练部与输出部。
人工神经网络是一种模仿人脑结构及英功能的信息处理系统，能提高人们对信息处理的智能化水平。它是一门新兴的边缘和交叉学科，它在理论、模型、算法等方而比起以前有了较大的发展，但至今无根本性的突破，还有很多空白点需要努力探索和研究。 1人工神经网络研究背景 神经网络的研究包括神经网络基本理论、网络学习算法、网络模型以及网络应用等方≡o其中比较热门的一个课题就是神经网络学习算法的研究。 近年来己研究岀许多与神经网络模型相对应的神经网络学习算法，这些算法大致可以分为三类：有监督学习、无监督学习和增强学习。在理论上和实际应用中都比较成熟的算法有以下三种： (1)误差反向传播算法(BaCk PrOPagatiOn,简称BP算法)； (2)模拟退火算法： (3)竞争学习算法。 目前为止，在训练多层前向神经网络的算法中，BP算法是最有影响的算法之一。但这种算法存在不少缺点，诸如收敛速度比较慢，或者只求得了局部极小点等等。因此，近年来，国外许多专家对网络算法进行深入研究，提岀了许多改进的方法。 主要有： (1)增加动量法：在网络权值的调整公式中增加一动量项，该动量项对某一时刻的调整起阻尼作用。它可以在误差曲而出现骤然起伏时，减小振荡的趋势，提髙网络训练速度; (2)自适应调节学习率：在训练中自适应地改变学习率，使其该大时增大，该小时减小。使用动态学习率，从而加快算法的收敛速度： (3)引入陡度因子：为了提髙BP算法的收敛速度，在权值调整进入误差曲而的平坦区时，引入陡度因子，设法压缩神经元的净输入，使权值调整脱离平坦区。 此外，很多国内的学者也做了不少有关网络算法改进方而的研究，并耙改进的算法运用到实际中，取得了一定的成果： (1)王晓敏等提出了一种基于改进的差分进化算法，利用差分进化算法的全局寻优能力，能够快速地得到BP神经网络的权值，提髙算法的速度； (2)董国君等提岀了一种基于随机退火机制的竞争层神经网络学习算法，该算法将竞争层神经网络的串行迭代模式改为随机优化模式，通过采用退火技术避免网络收敛到能量函数的局部极小点，从而得到全局最优值： (3)赵青提岀一种分层遗传算法与BP算法相结合的前馈神经网络学习算法。将分层遗传算法引入到前馈神经网络权值和阈值的早期训练中，再用BP算法对前期训练所得性能较优的网络权值、阈值进行二次训练得到最终结果，该混合学习算法能够较快地收敛到全局最优解； (4)胡洁等提出一种快速且全局收敛的神经网络学习算法，并且对该优化算法的全局收敛性进行分析和详细证明，说明提出的算法比标准的算法效率更高且更精确。
目录 第二章BP算法的基本思想 第三章BP网络特性分析 第四章BP网络的训练分解 5.3 第一章概述 神经网络是1986年由Rumelhart和McCelland为首的科研小组提出，参见他们发表在Nature上的论文??。
BP神经网络是一种按误差逆传播算法训练的多层前馈网络，是目前应用最广泛的神经网络 模型之一。BP网络能学习和存贮大量的输入-输出模式映射关系，而无需事前揭示描述这种映 射关系的数学方程。它的学习规则是使用最速下降法，通过反向传播来不断调整网络的权值和 阈值，使网络的误差平方和最小。 第二章 BP算法的基本思想 多层感知器在如何获取隐层的权值的问题上遇到了瓶颈。既然我们无法直接得到隐层的权值，能否先通过输出层得到输出结果和期望输出的误差来间接调整隐层的权值呢？BP算法就是采用 这样的思想设计出来的算法，它的基本思想是,学习过程由信号的正向传播与误差的反向传播两个过程组成。 ?正向传播时，输入样本从输入层传入,经各隐层逐层处理后,传向输出层。若输出层的实际输出与期望的输出(教师信号)不符,则转入误差的反向传播阶段。 ?反向传播时，将输出以某种形式通过隐层向输入层逐层反传,并将误差分摊给各层的所有单元,从而获得各层单元的误差信号,此误差信号即作为修正各单元权值的依据。 这两个过程的具体流程会在后文介绍。 BP算法的信号流向图如下图所示? 第三章 BP网络特性分析 我们分析一个ANN时，通常都是从它的三要素入手，即? 1)网络拓扑结构；? 2)传递函数；? 3)学习算法。 每一个要素的特性加起来就决定了这个ANN的功能特性。所以，我们也从这三要素入手对BP网络的研究。
精品文档 BP神经网络的优缺点介绍 人工神经网络（Artificial Neural Network）又称连接机模型，是在现代神经学、生物学、心理学等学科研究的基础上产生的，它反映了生物神经系统处理外界事物的基本过程，是在模拟人脑神经组织的基础上发展起来的计算系统，是由大量处理单元通过广泛互联而构成的网络体系，它具有生物神经系统的基本特征，在一定程度上反映了人脑功能的若干反映，是对生物系统的某种模拟，具有大规模并行、分布式处理、自组织、自学习等优点，被广泛应用于语音分析、图像识别、数字水印、计算机视觉等很多领域，取得了许多突出的成果。最近由于人工神经网络的快速发展，它已经成为模式识别的强有力的工具。神经网络的运用展开了新的领域，解决其它模式识别不能解决的问题，其分类功能特别适合于模式识别与分类的应用。多层前向BP网络是目前应用最多的一种神经网络形式, 它具备神经网络的普遍优点，但它也不是非常完美的, 为了更好的理解应用神经网络进行问题求解, 这里对它的优缺点展开一些讨论。 首先BP神经网络具有以下优点： 1) 非线性映射能力：BP神经网络实质上实现了一个从输入到输出的映射功能，数学理论证明三层的神经网络就能够以任意精度逼近任何非线性连续函数。这使得其特别适合于求解内部机制复杂的问题，即BP神经网络具有较强的非线性映射能力。 2) 自学习和自适应能力：BP神经网络在训练时，能够通过学习自动提取输出、输出数据间的“合理规则”，并自适应的将学习内容记忆于网络的权值中。即BP神经网络具有高度自学习和自适应的能力。 3) 泛化能力：所谓泛化能力是指在设计模式分类器时，即要考虑网络在保证对所需分类对象进行正确分类，还要关心网络在经过训练后，能否对未见过的模式或有噪声污染的模式，进行正确的分类。也即BP神经网络具有将学习成果应用于新知识的能力。 4) 容错能力：BP神经网络在其局部的或者部分的神经元受到破坏后对全局的训练结果不会造成很大的影响，也就是说即使系统在受到局部损伤时还是可以正常工作的。即BP神经网络具有一定的容错能力。 鉴于BP神经网络的这些优点，国内外不少研究学者都对其进行了研究，并运用网络解决了不少应用问题。但是随着应用范围的逐步扩大，BP神经网络也暴露出了越来越多的缺点和不足，比如： 精品文档
BP神经网络模型拓扑结构包括输入层（input）、隐层(hide layer)和输出层(output layer)。输入层神经元的个数由样本属性的维度决定，输出层神经元的个数由样本分类个数决定。隐藏层的层数和每层的神经元个数由用户指定。每一层包含若干个神经元，每个神经元包含一个而阈值，用来改变神经元的活性。网络中的弧线表示前一层神经元和后一层神经元之间的权值。每个神经元都有输入和输出。输入层的输入和输出都是训练样本的属性值。 对于隐藏层和输出层的输入其中，是由上一层的单元i到单元j的连接的权；是上一层的单元i的输出；而是单元j的阈值。
除此之外，神经网络中有一个学习率（l）的概念，通常取0和1之间的值，并有助于找到全局最小。如果学习率太小，学习将进行得很慢。如果学习率太大，可能出现在不适当的解之间摆动。 交代清楚了神经网络中基本要素，我们来看一下BP算法的学习过程： BPTrain(){ 初始化network的权和阈值。 while 终止条件不满足{ for samples中的每个训练样本X { // 向前传播输入 for 隐藏或输出层每个单元j { ；// 相对于前一层i，计算单元j的净输入；// 计算单元j的输出 } // 后向传播误差 for 输出层每个单元j { ；// 计算误差 } for 由最后一个到第一个隐藏层，对于隐藏层每个单元j { ；// k是j的下一层中的神经元 } for network中每个权 {
；// 权增值 ；// 权更新 } for network中每个偏差 { ；// 偏差增值 ；// 偏差更新 } } } 算法基本流程就是： 1、初始化网络权值和神经元的阈值（最简单的办法就是随机初始化） 2、前向传播：按照公式一层一层的计算隐层神经元和输出层神经元的输入和输出。 3、后向传播：根据公式修正权值和阈值 直到满足终止条件。 算法中还有几点是需要说明的： 1、关于，是神经元的误差。 对于输出层神经元，其中，是单元j的实际输出，而是j 基于给定训练样本的已知类标号的真正输出。
考拉BP神经网络的matlab实现学习历程（一） 考拉BP神经网络的matlab实现学习历程（一） 本文《考拉BP神经网络的matlab实现学习历程》系列由论坛超级版主akjuan整理和原创，我们在此表示特别感谢 这两天在学习bp，总结和汇报一下，和大家一起学习。希望初入神经网络能有所收获，给新手一些帮组和启发。也希望熟悉bp的高手，多提宝贵意见和建议。 学习内容总结成五个小节，具体内容如下： 第一节内容：包括神经网络的基础知识，BP网络的特点，bp主要应用的场合，使用时应注意的问题。 第二节内容：主要是阐述BP中几个容易混绕的概念和问题，包括什么是网络的泛化能力？过拟合是什么，怎么处理？学习速率有什么作用？神经网络的权值和阈值分别是个什么概念？用BP逼近非线性函数，如何提高训练精度？ 第三节内容：主要阐述使用matlab实现，为了充分利用数据，得到最优的网络训练结果，在网络建立前，应该进行的基本数据处理问题，包括：BP神经网络matlab实现的基本步骤，数据归一化问题和方法，输入训练数据的乱序排法，以及分类方法，如何查看和保存训练的结果，每次结果不一样问题。 第四节内容：bp神经网络进行交通预测的Matlab例子及源代码，bp神经网络进行交通预测的Matlab程序的优化（主要是按设置误差要求，寻找最优网络过程） 第五节内容：bp神经网络处理蠓虫分类问题的matlab例子及源代码。 不多说，先如主题，第一节，很基础，高手见谅。 什么是神经网络？ 神经网络是由很多神经元组成的，首先我们看一下，什么是神经元 上面这个图表示的就是一个神经元，我们不管其它书上说的那些什么树突，轴突的。我用个比较粗浅的解释，可能不太全面科学，但对初学者很容易理解： 1、我们把输入信号看成你在matlab中需要输入的数据，输进去神经网络后 2、这些数据的每一个都会被乘个数，即权值w，然后这些东东与阀值b相加后求和得到u， 3、上面只是线性变化，为了达到能处理非线性的目的，u做了个变换，变换的规则和传输函数有关
BP神经网络的学习 王贵腾 摘要：人工神经网络是近年来的热点研究领域,是人类智能研究的重要组成部分。BP神经网络作为目前应用较多的一种神经网络结构，具有良好的逼近性能，且结构简单，性能优良。但仍存在收敛速度慢，易陷入局部极小值的问题，通过附加动量项法、自适应学习率法、数据归一化法、遗传算法等，可大幅度改善其性能，可广泛应用于多输入多输出的非线性系统。 关键词：BP神经网络；BP算法；动量项；自适应学习率；归一化；遗传算法 1.绪论 1.1人工神经网络概述 人工神经网络（Artificial Neural Network），简称神经网络（NN），是由大量处理单元（神经元）组成的非线性大规模自适应系统。它具有自组织，自适应和自学习能力，以及具有非线性、非局域性，非定常性和非凸性等特点。它是在现代神经科学研究成果的基础上提出的，试图通过模拟大脑神经网络处理，记忆信息的方式设计一种新的机器使之具有人脑那样的信息处理能力。 神经网络作为计算智能与控制的重要分支，在控制领域具有如下优点： 1）能逼近任意L2范数上的非线性函数； 2）信息分布式存储与处理，鲁棒性和容错性强； 3）便于处理多输入多输出问题； 4）具有实现高速并行计算的潜力；
5）具有学习能力，对环境变化具有自适应性，对模型依赖性不强，主要用于解决非线性系统的控制问题。 同时，神经网络控制在多种控制结构中得到应用，如PID控制、模型参考自适应控制、前馈反馈控制、内模控制、逆系统控制、预测控制等。 目前神经网络的研究主要集中在三个方面：理论研究、实现技术研究、应用研究。 1.2 BP神经网络概述 BP神经网络是1986年由Rumelhart和McClelland一同提出的一种多层前馈神经网络。该网络采用BP算法——一种误差反向传播（Back Propagation）算法，其方法是依据负梯度下降方向迭代调整网络的权值和阀值以实现训练误差目标函数的最小化。 由于BP神经网络在实际应用中存在着收敛速度慢、网络结构难以确定、容易陷入局部极小值、泛化能力不强的缺陷，近年来，许多学者为满足实际应用中需要提出了许多改进方法，在网络自身性能的改善方面做了大量而有实际意义的工作，并且在BP神经网络的理论方面的研究和实际问题上应用也取得了丰硕的成果。对BP神经网络的理论研究，概括起来大致分为三个方面：改进激励函数，权值选取优化和网络拓扑结构。 1.3本文研究内容 本文从神经网络出发，研究其中应用最为广泛的BP神经网络模型，分析其缺点和不足，提出改进措施，并探讨其应用。具体研究内