第8章神经网络-Hopfield网络(论文资料)
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H o p f i e l d神经网络综述(总19页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--题目: Hopfield神经网络综述一、概述:1.什么是人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)人工神经网络是一个并行和分布式的信息处理网络结构,该网络结构一般由许多个神经元组成,每个神经元有一个单一的输出,它可以连接到很多其他的神经元,其输入有多个连接通路,每个连接通路对应一个连接权系数。
人工神经网络系统是以工程技术手段来模拟人脑神经元(包括细胞体,树突,轴突)网络的结构与特征的系统。
利用人工神经元可以构成各种不同拓扑结构的神经网络,它是生物神经网络的一种模拟和近似。
主要从两个方面进行模拟:一是结构和实现机理;二是从功能上加以模拟。
根据神经网络的主要连接型式而言,目前已有数十种不同的神经网络模型,其中前馈型网络和反馈型网络是两种典型的结构模型。
1)反馈神经网络(Recurrent Network)反馈神经网络,又称自联想记忆网络,其目的是为了设计一个网络,储存一组平衡点,使得当给网络一组初始值时,网络通过自行运行而最终收敛到这个设计的平衡点上。
反馈神经网络是一种将输出经过一步时移再接入到输入层的神经网络系统。
反馈网络能够表现出非线性动力学系统的动态特性。
它所具有的主要特性为以下两点:(1).网络系统具有若干个稳定状态。
当网络从某一初始状态开始运动,网络系统总可以收敛到某一个稳定的平衡状态;(2).系统稳定的平衡状态可以通过设计网络的权值而被存储到网络中。
反馈网络是一种动态网络,它需要工作一段时间才能达到稳定。
该网络主要用于联想记忆和优化计算。
在这种网络中,每个神经元同时将自身的输出信号作为输入信号反馈给其他神经元,它需要工作一段时间才能达到稳定。
2.Hopfield神经网络Hopfield网络是神经网络发展历史上的一个重要的里程碑。
神经网络的原理及应用摘要:通过阅读相关文献,总结了神经网络方面的基本原理和应用。
首先介绍了Hopfield神经网络中的离散型网络,并介绍其实现交通标志的步骤。
随着神经网络的发展,其局限性日益凸显。
为此,科学家们提出了与其它方法结合的神经网络。
本文介绍了遗传算法优化BP神经网络的原理及在在坝基岩体渗透系数识别中的应用,还介绍了模糊神经网络的原理及在预测地基沉降量中的应用,最后介绍了小波神经网络的原理及在电力负荷预测中的应用。
关键字:神经网络、Hopfield、遗传算法、模糊神经网络、小波神经网络绪论Hopfield网络及学习算法最初是由美国物理学家J.J Hopfield于1982年首先提出的,曾经为人工神经网络的发展进程开辟了新的研究途径。
它利用与阶层型神经网络不同的结构特征和学习方法,模拟生物神经网络的记忆机理,获得了令人满意的结果。
Hopfield最早提出的网络是二值神经网络,神经元的输出只取1和0,所以,也称离散Hopfield神经网络(Discrete Hopfield Neural Network,DHNN)。
在离散Hopfield网络中,所采用的神经元是二值神经元,因此,所输出的离散值1和0分别表示神经元处于激活和抑制状态。
Hopfield神经网络是递归神经网络的一种,在函数优化和联想记忆等方面有大量的应用。
其运行机理与反馈神经网络有本质的区别,运行规律更加复杂。
神经网络由于高度复杂的非线性结构导致其内部存在大量的局部极值点,而传统的梯度下降法训练神经网络有可能收敛于局部极值点,造成神经网络性能变差,甚至无法使用。
随着现代非线性优化方法异军突起,特别是赫赫有名的遗传算法,具有极强的全局搜索能力,其收敛的有效性得到了理论和实践的充分检验。
因此,遗传神经网络是解决高复杂性情况下全局收敛问题的有效途径。
系统的复杂性与所要求的精确性之间存在着尖锐矛盾,模糊逻辑、神经网络和专家控制等智能系统为缓解这种矛盾提供了有效途径,但是这些系统单个运用时常常存在多种问题,因此人们便根据它们的优缺点提出了融合使用的新思路,如本文的模糊神经网络。
HopField 神经网络解决旅行商问题实验名称:用Hopfield 神经网络解决旅行商(TSP)问题实验内容:旅行商问题(TravellingSalesman Problem, 简记TSP ,亦称货郎担问题):设有n 个城市和距离矩阵D=[dij],其中dij 表示城市i 到城市j 的距离,i ,j=1,2 …n ,则问题是要找出遍访每个城市恰好一次的一条回路并使其路径长度为最短。
TSP 的一个解可表述为一个循环排列,假如有5个城市ABCD E顺序为如有5个城市顺序为C→A →E→B→D→C。
那么路线总长度为:D C BD EB AE CA d d d d d d ++++=TSP 问题综合了一大类组合优化问题的典型特征,属于NP 完全问题,不能在多项式时间内进行检验。
若使用动态规划的方法时间复杂性和空间复杂性都保持为n 的指数函数。
HNN 方法是解TSP 问题的另一种有效的方法,在城市数目比较小的情况下可以在较短的时间得到满意的结果。
算法分析:所用到的基本理论与方法,具体算法。
1.根据文献(1),HNN 解TSP 问题的具体步骤为:0、置t=0,A=1.5,D=1;1、读入N 城市之间的距离),,2,1,(n y x d xy =文件;2、计算神经元之间的权重和输入偏置 权重:n j i y x Dd A A T i j xy ij xy YjXi ,2,1,,,,1,,=---=-其中δδδ输入偏置: I=2A;3、)(t U xi 的初值在0附近随机产生(x,i=1,2,……,N );4、计算))/)(tanh(1(21)(0U t U t V xi xi +=, 这里2.00=U 5、利用神经元动态方程,计算∑∑==+=∆n y nj yj yjxi xi I V Tt u 11,)(6利用一阶尤拉法计算 ,5.0)()1()1(=∆∆⨯∆++=+t t t u t U t U xi xi xi ,这里7、如果系统达到平衡状态,那么终止程序,否则返回第4步。