BP神经网络详解与实例介绍
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1、数据归一化2、数据分类,主要包括打乱数据顺序,抽取正常训练用数据、变量数据、测试数据3、建立神经网络,包括设置多少层网络(一般3层以内既可以,每层的节点数(具体节点数,尚无科学的模型和公式方法确定,可采用试凑法,但输出层的节点数应和需要输出的量个数相等),设置隐含层的传输函数等。
关于网络具体建立使用方法,在后几节的例子中将会说到。
4、指定训练参数进行训练,这步非常重要,在例子中,将详细进行说明5、完成训练后,就可以调用训练结果,输入测试数据,进行测试6、数据进行反归一化7、误差分析、结果预测或分类,作图等数据归一化问题归一化的意义:首先说一下,在工程应用领域中,应用BP网络的好坏最关键的仍然是输入特征选择和训练样本集的准备,若样本集代表性差、矛盾样本多、数据归一化存在问题,那么,使用多复杂的综合算法、多精致的网络结构,建立起来的模型预测效果不会多好。
若想取得实际有价值的应用效果,从最基础的数据整理工作做起吧,会少走弯路的。
归一化是为了加快训练网络的收敛性,具体做法是:1 把数变为(0,1)之间的小数主要是为了数据处理方便提出来的,把数据映射到0~1范围之内处理,更加便捷快速,应该归到数字信号处理范畴之内。
2 把有量纲表达式变为无量纲表达式归一化是一种简化计算的方式,即将有量纲的表达式,经过变换,化为无量纲的表达式,成为纯量比如,复数阻抗可以归一化书写:Z = R + jωL = R(1 + jωL/R) ,复数部分变成了纯数量了,没有量纲。
另外,微波之中也就是电路分析、信号系统、电磁波传输等,有很多运算都可以如此处理,既保证了运算的便捷,又能凸现出物理量的本质含义。
神经网络归一化方法:由于采集的各数据单位不一致,因而须对数据进行[-1,1]归一化处理,归一化方法主要有如下几种,供大家参考:1、线性函数转换,表达式如下:复制内容到剪贴板代码:y=(x-MinVal ue)/(MaxVal ue-MinVal ue)说明:x、y分别为转换前、后的值,MaxVal ue、MinVal ue分别为样本的最大值和最小值。
BP神经网络介绍
一、什么是BP神经网络
BP神经网络(Back Propagation Neural Network),简称BP网络,是一种多层前馈神经网络。
它对神经网络中的数据进行反向传播,以获得
最小化计算误差的参数,进而得到最终的分类结果。
一般来说,BP网络
由输入层、隐藏层和输出层组成,输入层将输入数据传递给隐藏层,隐藏
层再将这些数据传递给输出层,最终由输出层输出最终的类别结果。
BP网络的运算原理大致可以分为三个步骤:前向传播、误差反向传
播和参数调整。
在前向传播阶段,BP网络从输入层开始,将输入数据依
次传递给各个隐藏层,并将这些数据转化为输出结果。
在误差反向传播阶段,BP网络从后面向前,利用误差函数计算每层的误差,即:将误差从
输出层一层一层向前传播,以计算各层的权值误差。
最后,在参数调整阶段,BP网络以动量法更新网络中的权值,从而使网络更接近最优解。
二、BP神经网络的优缺点
1、优点
(1)BP神经网络具有非线性分类能力。
BP神经网络可以捕捉和利用
非线性的输入特征,从而进行非线性的分类。
(2)BP神经网络可以自动学习,并能够权衡它的“权衡”参数。
BP人工神经网络的基本原理模型与实例BP(Back Propagation)人工神经网络是一种常见的人工神经网络模型,其基本原理是模拟人脑神经元之间的连接和信息传递过程,通过学习和调整权重,来实现输入和输出之间的映射关系。
BP神经网络模型基本上由三层神经元组成:输入层、隐藏层和输出层。
每个神经元都与下一层的所有神经元连接,并通过带有权重的连接传递信息。
BP神经网络的训练基于误差的反向传播,即首先通过前向传播计算输出值,然后通过计算输出误差来更新连接权重,最后通过反向传播调整隐藏层和输入层的权重。
具体来说,BP神经网络的训练过程包括以下步骤:1.初始化连接权重:随机初始化输入层与隐藏层、隐藏层与输出层之间的连接权重。
2.前向传播:将输入向量喂给输入层,通过带有权重的连接传递到隐藏层和输出层,计算得到输出值。
3.计算输出误差:将期望输出值与实际输出值进行比较,计算得到输出误差。
4.反向传播:从输出层开始,将输出误差逆向传播到隐藏层和输入层,根据误差的贡献程度,调整连接权重。
5.更新权重:根据反向传播得到的误差梯度,使用梯度下降法或其他优化算法更新连接权重。
6.重复步骤2-5直到达到停止条件,如达到最大迭代次数或误差小于一些阈值。
BP神经网络的训练过程是一个迭代的过程,通过不断调整连接权重,逐渐减小输出误差,使网络能够更好地拟合输入与输出之间的映射关系。
下面以一个简单的实例来说明BP神经网络的应用:假设我们要建立一个三层BP神经网络来预测房价,输入为房屋面积和房间数,输出为价格。
我们训练集中包含一些房屋信息和对应的价格。
1.初始化连接权重:随机初始化输入层与隐藏层、隐藏层与输出层之间的连接权重。
2.前向传播:将输入的房屋面积和房间数喂给输入层,通过带有权重的连接传递到隐藏层和输出层,计算得到价格的预测值。
3.计算输出误差:将预测的价格与实际价格进行比较,计算得到输出误差。
4.反向传播:从输出层开始,将输出误差逆向传播到隐藏层和输入层,根据误差的贡献程度,调整连接权重。
BP神经网络模型第1节基本原理简介近年来全球性的神经网络研究热潮的再度兴起,不仅仅是因为神经科学本身取得了巨大的进展.更主要的原因在于发展新型计算机和人工智能新途径的迫切需要.迄今为止在需要人工智能解决的许多问题中,人脑远比计算机聪明的多,要开创具有智能的新一代计算机,就必须了解人脑,研究人脑神经网络系统信息处理的机制.另一方面,基于神经科学研究成果基础上发展出来的人工神经网络模型,反映了人脑功能的若干基本特性,开拓了神经网络用于计算机的新途径.它对传统的计算机结构和人工智能是一个有力的挑战,引起了各方面专家的极大关注.目前,已发展了几十种神经网络,例如Hopficld模型,Feldmann等的连接型网络模型,Hinton等的玻尔茨曼机模型,以及Rumelhart等的多层感知机模型和Kohonen的自组织网络模型等等。
在这众多神经网络模型中,应用最广泛的是多层感知机神经网络。
多层感知机神经网络的研究始于50年代,但一直进展不大。
直到1985年,Rumelhart等人提出了误差反向传递学习算法(即BP算),实现了Minsky的多层网络设想,如图34-1所示。
BP 算法不仅有输入层节点、输出层节点,还可有1个或多个隐含层节点。
对于输入信号,要先向前传播到隐含层节点,经作用函数后,再把隐节点的输出信号传播到输出节点,最后给出输出结果。
节点的作用的激励函数通常选取S 型函数,如Qx e x f /11)(-+=式中Q 为调整激励函数形式的Sigmoid 参数。
该算法的学习过程由正向传播和反向传播组成。
在正向传播过程中,输入信息从输入层经隐含层逐层处理,并传向输出层。
每一层神经元的状态只影响下一层神经输入层 中间层 输出层 图34-1 BP 神经网络模型元的状态。
如果输出层得不到期望的输出,则转入反向传播,将误差信号沿原来的连接通道返回,通过修改各层神经元的权值,使得误差信号最小。
社含有n 个节点的任意网络,各节点之特性为Sigmoid 型。
BP神经网络的基本原理_一看就懂BP神经网络(Back Propagation Neural Network)是一种常用的人工神经网络模型,用于解决分类、回归和模式识别问题。
它的基本原理是通过反向传播算法来训练和调整网络中的权重和偏置,以使网络能够逐渐逼近目标输出。
1.前向传播:在训练之前,需要对网络进行初始化,包括随机初始化权重和偏置。
输入数据通过输入层传递到隐藏层,在隐藏层中进行线性加权和非线性激活运算,然后传递给输出层。
线性加权运算指的是将输入数据与对应的权重相乘,然后将结果进行求和。
非线性激活指的是对线性加权和的结果应用一个激活函数,常见的激活函数有sigmoid函数、ReLU函数等。
激活函数的作用是将线性运算的结果映射到一个非线性的范围内,增加模型的非线性表达能力。
2.计算损失:将网络输出的结果与真实值进行比较,计算损失函数。
常用的损失函数有均方误差(Mean Squared Error)和交叉熵(Cross Entropy)等,用于衡量模型的输出与真实值之间的差异程度。
3.反向传播:通过反向传播算法,将损失函数的梯度从输出层传播回隐藏层和输入层,以便调整网络的权重和偏置。
反向传播算法的核心思想是使用链式法则。
首先计算输出层的梯度,即损失函数对输出层输出的导数。
然后将该梯度传递回隐藏层,更新隐藏层的权重和偏置。
接着继续向输入层传播,直到更新输入层的权重和偏置。
在传播过程中,需要选择一个优化算法来更新网络参数,常用的优化算法有梯度下降(Gradient Descent)和随机梯度下降(Stochastic Gradient Descent)等。
4.权重和偏置更新:根据反向传播计算得到的梯度,使用优化算法更新网络中的权重和偏置,逐步减小损失函数的值。
权重的更新通常按照以下公式进行:新权重=旧权重-学习率×梯度其中,学习率是一个超参数,控制更新的步长大小。
梯度是损失函数对权重的导数,表示了损失函数关于权重的变化率。