BP人工神经网络及matlab实现PPT课件

BP人工神经网络
本章的基本内容
• BP网络结构与模型 • BP网络的学习算法 • BP神经网络的重要函数和基本功能 • 一个简单的例子 • BP网络的几个问题 • 改进的BP网络的学习算法 • BP网络的应用示例
概述
Rumelhart，McClelland于1985年提出了BP网络的误差 反向后传BP(Back Propagation)学习算法
wih
=
(
i=1
wih xi (k) wih
- bh )
=
xi (k)
5-2 BP网络的学习算法
5-2-2 BP学习算法的描述
e
=
(1 2
q o =1
(do (k)
-
yoo
(k ))2 )
hoh (k )
hih (k )
hoh (k )
hih (k )
=
(1 2
q o =1
(do
(k)
-
f( yio (k )))2 )
hoh (k )
hoh (k )
hih (k )
=
(1 2
q o =1
((do (k )
-
p
将误差分摊给各层的所有 单元－－－各层单元的误 差信号
学习的过程：
信号的正向传播
修正各单元权 值
误差的反向传播
5-2 BP网络的学习算法
5-2-1 BP学习算法概述
正向传播：
输入样本－－－输入层－－－各隐层－－－输出层
判断是否转入反向传播阶段：
若输出层的实际输出与期望的输出（教师信号）不符
BP学习算法可以看成是线性自适应神经元学 习算法的进一步推广。
BP学习算法=前向计算过程+误差反向传播过程
前向计算过程：也是网络应用时的实现过程。 误差反向传播过程：是BP网络权值的学习和
训练过程。
5-2 BP网络的学习算法
5-2-1 BP学习算法概述
学习的类型：有导师学习 核心思想：
将输出误差以某种形式通过隐层向输入层逐层反传
5-2-2 BP学习算法的描述
第五步，利用隐含层到输出层的连接权值、输 出层的 o ( 和k ) 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 )
w eho=yeio w yihoo=-o(k)hoh(k)
e = e hih (k) wih hih (k) wih
n
hih (k)
y f (x)
f
(x)
=
1 1
+
e-x e-x
un
wn
输出层：f
(x)
=
1 1
+
e-x e-x
f
(x)
=
1 1+ e-x
f (x) =kx
5-2 BP网络的学习算法
5-2-1 BP学习算法概述
多层前馈网络的反向传播 （BP）学习算法， 简称BP学习算法，这是一种有导师的学习算法， 是梯度下降法在多层前馈网中的应用。
e = e yio who yio who
p
(
yio(k)= who
h
whohoh(k)-bo)
who
=hoh(k)
e
yio
=(12oq=1(do(k)-yoo(k)))2 yio
=-(do(k)-yoo(k))yoo
(k)
=-(do(k)-yoo(k))f(yio(k))@-o(k)
5-2 BP网络的学习算法
p
yio(k)= w hohoh(k)- bo o=1 ,2,Lq h= 1
y o o (k )= f(y io (k )) oቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ= 1 ,2 ,L q
5-2 BP网络的学习算法
5-2-2 BP学习算法的描述
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 )
由于这种网络常常用BP学习算法后的网络权 值，所以常称BP人工神经网络。
5-1 网络结构和模型
u
y
5-1 网络结构与模型
u
y
5-1 网络结构和模型
BP网络的神经元模型是
改进了感知器神经元模型得 u1 w1
到的。
输入层：
x
wij 1, f(x)=x
隐层：
f (x)
=
1 1+ e-x
uj
5-2 BP网络的学习算法
5-2-2 BP学习算法的描述
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
x(k )= x 1 (k ),x 2 (k ),L ,x n (k )
David Rumelhart
J. McClelland
BP算法基本原理
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。
5-1 网络结构和模型
BP网络是一种前向映射网络。网络的结构见 下一页的图形。其中：u是网络的输入向量，y是 网络的输出向量。神经元用节点表示，网络由输 入层、隐层和输出层节点组成，隐层可一层，也 可多层(图中是单隐层)。前层节点至后层节点通 过权联接。
隐含层输入向量； hi=h i1,h i2,L,h ip
隐含层输出向量; 输出层输入向量;
ho yi=h o 1,h o 2,L,h op =yi1,yi2,L,yiq
输出层输出向量; yo=yo 1,yo2,L,yoq
期望输出向量;
do=d1,d2,L,dq
5-2 BP网络的学习算法
误差反传
误差以某种形式在各层表示－－－－修正各层单元的权值
网络输出的误差减少到可接受的程度 或者进行到预先设定的学习次数为止
5-2 BP网络的学习算法
5-2-2 BP学习算法的描述
网络结构
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。
变量定义
输入向量;
x=x1,x2,L,xn
d o(k )=d 1 (k ),d 2 (k ),L ,d q (k )
5-2 BP网络的学习算法
5-2-2 BP学习算法的描述 第三步，计算隐含层各神经元的输入和输出
n
hih(k)= w ihxi(k)-bh h=1,2,L,p i=1
h o h ( k )= f ( h ih ( k ) ) h = 1 ,2 ,L ,p
5-2-2 BP学习算法的描述
输入层与中间层的连接权值: w i h 隐含层与输出层的连接权值: w h o 隐含层各神经元的阈值: b h 输出层各神经元的阈值: b o 样本数据个数: k=1,2,Lm 激活函数: f ( )
误差函数：e=12oq=1(do(k)-yoo(k))2