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人工神经网络在有限元分析中的应用人工神经网络（Artificial Neural Network，ANN）是一种基于某些算法，将一组数学模型组合在一起促进人工神经元联合功能的技术。
它是一种重要的机器学习技术，已被广泛应用于许多领域，如计算机视觉、语音识别和自然语言处理等。
最近，ANN也开始在有限元分析中得到广泛应用。
有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是一种用于求解物理系统静态和动态行为的数值方法。
该方法将复杂的物理系统转化为由独立元素构成的模型，并对该模型执行数学逼近。
FEA已被广泛应用于各个领域，如结构力学、热传导和流体力学等。
然而，由于FEA计算过程的复杂性以及涉及的众多参数，使得FEA模拟结果往往需要大量实验数据进行验证和精细调整。
人工神经网络在这方面发挥了巨大的作用。
在FEA分析中，人工神经网络可以被用来预测材料特性和其他相关参数以减少必须执行的实验量。
而且，人工神经网络的训练算法可以对FEA模型进行实时优化，这也有助于提高读数一致性和精确性。
在FEA分析中，人工神经网络的应用范围非常广泛。
下面列举几个典型的应用场景：1、材料性能预测：有时我们难以辨别不同材料的特性，或预测特殊材料的性质。
通过使用ANN，我们可以根据输入的材料特性数据，得到材料强度、模量等参数的预测结果。
2、模型优化：FEA模型中常常涉及到很多参数的选择和调整。
使用ANN，输入一组模型初始化参数，就可以通过迭代和优化得到最优模型。
3、故障诊断：在FEA模型中，各种故障和瑕疵会反映到结果上，这些结果通常很难解读和检测。
使用ANN技术，我们可以基于实时数据收集，并加以处理以检测和预测故障的产生。
总之，人工神经网络在FEA分析中被广泛应用，并为工程师提供了更准确、有效、经济的道具。
但是，需要注意的是，ANN技术的适当应用需要经验丰富的工程师，必须具备足够的理论和实践知识才能得到可靠的结果。
人脑神经网络与人工智能的异同比较随着科技的发展，越来越多的人对人工智能这一概念有了更深入的了解。
与此同时，人们开始对人脑神经网络产生更多兴趣。
人类一直在探寻人类大脑的奥秘，并试图将其应用于创造出真正的人工智能。
那么人类大脑的神经网络和人工智能有什么异同之处呢？一、人脑神经网络与人工智能的定义人脑神经网络是指人类大脑中的神经元网络，它具有高度的可塑性和自适应性。
这种网络可以快速地适应环境，并且拥有强大的学习能力。
人工智能是一种由计算机程序开发的智能，旨在模拟人脑的某些思考过程。
人工智能涉及机器学习、自然语言处理、图像处理等领域。
二、人脑神经网络与人工智能的工作原理人脑神经网络是由神经元和突触构成的。
神经元之间的突触传递信息，从而形成复杂的网络。
人工智能的运作流程通常包括输入、处理和输出。
在处理过程中，计算机程序将接收到的信息转化为数字信号，并进行计算和分析。
三、人脑神经网络与人工智能的特点人脑神经网络是高度可塑的。
即使在成年后，它也可以通过学习不断地发生变化。
人工智能是完全由计算机程序开发的，因此缺乏人类的自由意志和情感。
四、人脑神经网络与人工智能的优劣势人脑神经网络在处理非结构化信息方面的能力非常强，因为它可以从不同的角度解析信息。
此外，人脑神经网络可以独立运作，无需外界的干预。
人工智能在处理大量结构化信息方面表现出色，可以完成大量枯燥而重复的工作。
五、人类大脑和人工智能的未来人类大脑和人工智能的未来在于二者的结合。
人类大脑可以提供智能系统所需的大量数据，而人工智能可以使这些数据进行更高效的处理。
最终，人类大脑和人工智能的结合有望产生更加先进和智能的应用，这可以在许多领域实现智能化和自动化。
结论综上所述，人脑神经网络和人工智能虽然有很大的差异，但它们的共同点在于让人们更好地理解智能、学习和适应这些复杂的过程。
随着科技的发展和研究的不断深入，人类将能够更好地利用这两者的优势，并取得更多的成功和发展。
人工神经网络理论简介人工神经网络是基于模仿生物大脑结构和功能而构成的一种信息处理系统。
由于人工神经网络具有复杂的动力学特性、并行处理机制、学习、联想和记忆等功能，以及它的高度自组织、自适应能力和灵活活性而受到自然科学领域学者和各行业应用专家的广泛重视[31]。
4.1 神经网络的特点神经网络实际上是由大量简单元件相互连接而成的复杂网络，具有高度的非线性，能够进行复杂的逻辑操作和非线性关系实现的系统。
神经网络吸取了生物神经网络的许多优点，因而有其固有的特点[32]：1、分布式存储信息。
其信息的存储分布在不同的位置，神经网络是用大量神经元的连接及对各连接权值的分布来表示特定的信息，从而使网络在局部网络受损或输入信号因各种原因发生部分畸变时，仍然能够保证网络的正确输出，提高网络的容错性和鲁棒性。
2、并行协同处理信息。
神经网络中的每个神经元都可根据接收到的信息进行独立的运算和处理，并输出结果，同一层中的各个神经元的输出结果可被同时计算出来，然后传输给下一层做进一步处理，这体现了神经网络并行运算的特点，这个特点使网络具有非常强的实时性。
虽然单个神经元的结构及其简单，功能有限，但大量神经元构成的网络系统所能实现的行为是极其丰富多彩的。
3、良好的容错性与联想记忆功能。
神经网络通过自身的网络结构能够实现对信息的记忆。
而所记忆的信息是存储在神经元之间的权值中。
从单个权值中看不出所存储的信息内容，因而是分布式的存储方式。
这使得网络具有良好的容错性，并能进行聚类分析、特征提取、缺损模式复原等模式信息处理工作；又宜于做模式分类、模式联想等模式识别工作。
4、对信息的处理具有自组织、自学习的特点，便于联想、综合和推广。
神经网络的神经元之间的连接强度用权值大小表示，这种权值可以通过对训练样本的学习不断变化，而且随着训练样本量的增加和反复学习，这些神经元之间的连接强度会不断增加，从而提高神经元对这些样本特征的反应灵敏度。
4.2 神经网络的结构与泛化能力4.2.1 神经元模型神经元是人工神经网络的基本处理单元，它一般是一个多输入单输出的非线性元件。
摘要人工神经网络（Artificial Neural Network，即ANN ），是20世纪80 年代以来人工智能领域兴起的研究热点。
它从信息处理角度对人脑神经元网络进行抽象，建立某种简单模型，按不同的连接方式组成不同的网络。
在工程与学术界也常直接简称为神经网络或类神经网络。
神经网络是一种运算模型，由大量的节点（或称神经元）之间相互联接构成。
每个节点代表一种特定的输出函数，称为激励函数（activation function）。
每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值，称之为权重，这相当于人工神经网络的记忆。
网络的输出则依网络的连接方式，权重值和激励函数的不同而不同。
而网络自身通常都是对自然界某种算法或者函数的逼近，也可能是对一种逻辑策略的表达。
【关键词】人工智能、计算智能、神经科学1.人工神经网络的基本特征人工神经网络是由大量处理单元互联组成的非线性、自适应信息处理系统。
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、记忆信息的方式进行信息处理。
人工神经网络具有四个基本特征：1）非线性非线性关系是自然界的普遍特性。
大脑的智慧就是一种非线性现象。
人工神经元处于激活或抑制二种不同的状态，这种行为在数学上表现为一种非线性人工神经网络关系。
具有阈值的神经元构成的网络具有更好的性能，可以提高容错性和存储容量。
2）非局限性一个神经网络通常由多个神经元广泛连接而成。
一个系统的整体行为不仅取决于单个神经元的特征，而且可能主要由单元之间的相互作用、相互连接所决定。
通过单元之间的大量连接模拟大脑的非局限性。
联想记忆是非局限性的典型例子。
3）非常定性人工神经网络具有自适应、自组织、自学习能力。
神经网络不但处理的信息可以有各种变化，而且在处理信息的同时，非线性动力系统本身也在不断变化。
经常采用迭代过程描写动力系统的演化过程。
4）非凸性一个系统的演化方向，在一定条件下将取决于某个特定的状态函数。
人工神经网络简介1 人工神经网络概念、特点及其原理 (1)1.1人工神经网络的概念 (1)1.2人工神经网络的特点及用途 (2)1.3人工神经网络的基本原理 (3)2 人工神经网络的分类及其运作过程 (5)2.1 人工神经网络模式的分类 (5)2.2 人工神经网络的运作过程 (6)3 人工神经网络基本模型介绍 (6)3.1感知器 (7)3.2线性神经网络 (7)3.3BP（Back Propagation）网络 (7)3.4径向基函数网络 (8)3.5反馈性神经网络 (8)3.6竞争型神经网络 (8)1 人工神经网络概念、特点及其原理人工神经网络（Artificial Neural Networks，简记作ANN），是对人类大脑系统的一阶特征的一种描述。
简单地讲，它是一个数学模型，可以用电子线路来实现，也可以用计算机程序来模拟，是人工智能研究的一种方法。
1.1人工神经网络的概念利用机器模仿人类的智能是长期以来人们认识自然、改造自然的理想。
自从有了能够存储信息、进行数值运算和逻辑运算的电子计算机以来，其功能和性能得到了不断的发展，使机器智能的研究与开发日益受到人们的重视。
1956年J.McCart冲等人提出了人工智能的概念，从而形成了一个与神经生理科学、认知科学、数理科学、信息论与计算机科学等密切相关的交叉学科。
人工神经网络是人工智能的一部分，提出于50年代，兴起于80年代中期，近些年已经成为各领域科学家们竞相研究的热点。
人工神经网络是人脑及其活动的一个理论化的数学模型，它由大量的处理单元通过适当的方式互联构成，是一个大规模的非线性自适应系统，1998年Hecht-Nielsen曾经给人工神经网络下了如下定义：人工神经网络是一个并行、分层处理单元及称为联接的无向信号通道互连而成。
这些处理单元（PE-Processing Element）具有局部内存，并可以完成局部操作。
每个处理单元有一个单一的输出联接，这个输出可以根据需要被分支撑希望个数的许多并联联接，且这些并联联接都输出相同的信号，即相应处理单元的信号。
人工神经网络 系别：计算机工程系 班级： 1120543 班 学号： 13 号 姓名：
日期：2014年10月23日 第 0 页
人工神经网络 摘要：人工神经网络是一种应用类似于大脑神经突触联接的结构进行信息处理的数学模型。在工程与学术界也常直接简称为神经网络或类神经网络。神经网络是一种运算模型，由大量的节点（或称神经元）之间相互联接构成，由大量处理单元互联组成的非线性、自适应信息处理系统。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、记忆信息的方式进行信息处理。 关键词：神经元；神经网络；人工神经网络；智能；
引言
人工神经网络的构筑理念是受到生物（人或其他动物）神经网络功能的运作启发而产生的。人工神经网络通常是通过一个基于数学统计学类型的学习方法（Learning Method）得以优化，所以人工神经网络也是数学统计学方法的一种实际应用，通过统计学的标准数学方法我们能够得到大量的可以用函数来表达的局部结构空间，另一方面在人工智能学的人工感知领域，我们通过数学统计学的应用可以来做人工感知方面的决定问题(也就是说通过统计学的方法，人工神经网络能够类似人一样具有简单的决定能力和简单的判断能力)，这种方法比起正式的逻辑学推理演算更具有优势。 一、人工神经网络的基本原理
1-1神经细胞以及人工神经元的组成 神经系统的基本构造单元是神经细胞，也称神经元。它和人体中其他细胞的关键区别在于具有产生、处理和传递信号的功能。每个神经元都包括三个主要部分:细胞体、树突和轴突。树突的作用是向四方收集由其他神经细胞传来的信息，轴突的功能是传出从细胞体送来的信息。每个神经细胞所产生和传递的基本信息是兴奋或抑制。在两个神经细胞之间的相互接触点称为突触。简单神经元网络及其简化结构如图2-2所示。 从信息的传递过程来看，一个神经细胞的树突，在突触处从其他神经细胞接受信号。这些信号可能是兴奋性的，也可能是抑制性的。所有树突接受到的信号都传到细胞体进行综合处理，如果在一个时间间隔内，某一细胞接受到的兴奋性信号量足够大，以致于使该细胞被激活，而产生一个脉冲信号。这个信号将沿着该细胞的轴突传送出去，并通过突触传给其他神经细胞.神经细胞通过突触的联接形成神经网络。
图1-1简单神经元网络及其简化结构图 （1）细胞体（2）树突（3）轴突（4）突触 第 1 页
人们正是通过对人脑神经系统的初步认识，尝试构造出人工神经元以组成人工神经网络系统来对人的智能，甚至是思维行为进行研究:尝试从理性角度阐明大脑的高级机能。经过几十年的努力与发展，己涌现出上百种人工神经网络模型，它们的网络结构、性能、算法及应用领域各异，但均是根据生物学事实衍生出来的。由于其基本处理单元是对生物神经元的近似仿真，因而被称之为人工神经元。它用于仿效生物神经细胞最基本的特性，与生物原型相对应。 人工神经元的主要结构单元是信号的输入、综合处理和输出，其输出信号的强度大小反映了该单元对相邻单元影响的强弱。人工神经元之间通过互相联接形成网络，称为人工神经网络。神经元之间相互联接的方式称为联接模式，相互之间的联接度由联接权值体现在人工神经网络中，改变信息处理过程及其能力，就是修改网络权值的过程。 目前多数人工神经网络的构造大体上都采用如下的一些原则: 1、由一定数量的基本单元分层联接构成; 2、每个单元的输入、输出信号以及综合处理内容都比较简单; 3、网络的学习和知识存储体现在各单元之间的联接强度上。 1-2人工神经元的模型 神经元是人工神经网络的基本处理单元，它一般是一个多输入/单输出的非线性元件。神经元输出除受输入信号的影响外，同时也受到神经元内部其它因素的影响，所以在人工神经元的建模中，常常还加有一个额外输入信号、称为偏差(bais)，有时也称为阈值或门限值。一个具有r个输入分量的神经元如图2-2所示。其中，输入分量rjpj,...,2,1通过与和它相乘的权值分量rjwj,..,2,1相连，
以rjjjpw1的形式求和后，形成激活函数f()的输入。激活函数的另一个输入是神经元的偏差b,权值Wj和输入分量的矩阵形式可以由W的行矢量以及P的列矢量来表示: rwwwW...21
t
rpppP...21 （1.1）
1-3神经网络的联接形式 人脑中大量的神经细胞都不是孤立的，而是通过突触形式相互联系着，构成结构与功能十分复杂的神经网络系统。为了便于从结构出发模拟智能，因此必须将一定数量的神经元适当地联接成网络，从而形成多种神经网络模型。 通常所说的神经网络的结构，主要指它的联接方式。神经网络按照拓扑结构 第 2 页
预处理
属于以神经元为节点，以及节点间有向连接为边的一种图，其结构大体上可分为层状和网状两大类。 层状结构的神经网络是由若干层组成，每层中有一定数量的神经元，相邻层中神经元单向联接，一般地同层内的神经元不能联接，网状结构的神经网络中，任何两个神经元之间都可能双向联接。 二、人工神经网络模型 人工神经网络模型主要考虑网络连接的拓扑结构、神经元的特征、学习规则等。目前，已有近40种神经网络模型，其中有反传网络、感知器、自组织映射、Hopfield网络、波耳兹曼机、适应谐振理论等。 具体的模式识别是多种多样的，如果从识别的基本方法上划分，传统的模式识别大体分为统计模式识别和句法模式识别，在识别系统中引入神经网络是一种近年来发展起来的新的模式识别方法。尽管引入神经网络的方法和引入网络的结构可以各不相同，但都可称为神经网络模式识别。而且这些识别方法在解决传统方法较难处理的某些问题上带来了新的进展和突破，因而得到了人们越来越多的重视和研究。 人工神经元网络(Artificial Neural Network)简称神经网络，是基于日前人们对自然神经系统的认识而提出的一些神经系统的模型，一般是由一系列被称为神经元的具有某种简单计算功能的节点经过广泛连接构成的一定网络结构，而其网络连接的权值根据某种学习规则在外界输入的作用下不断调节，最后使网络具有某种期望的输出特性。神经网络的这种可以根据输入样本学习的功能使得它非常适合于用来解决模式识别问题，这也是神经网络目前最成功的应用领域之一。 神经网络模式识别的基本方法是，首先用己知样本训练神经网络，使之对不同类别的己知样本给出所希望的不同输出，然后用该网络识别未知的样本，根据各样本所对应的网络输出情况来划分未知样本的类别。神经网络进行模式识别的一般步骤如图2-1所示，分为如下几个部分。
图 2-1 神经网络模式识别基本构成 1、样本获取 这一步骤主要是为了得到一定数量的用于训练和识别的样本。 2、常规处理
样本获取 常规处理 特征变换 神经网络识别 第 3 页
其作用相当于传统模式识别中的数据获取和常规处理两步的功能。即通过对识别对象的有效观测、进行采样量化，获得一系列数据，再经过去除噪声、加强有用信息等工作获得尽量逼真的原始数据。通过这一步骤，得到了样本的原始表达。 3、特征变换 在原始样本表达的基础上，进行适当的变换，得到适合神经网络进行识别的样本的特征表达。以上两步构成了神经网络模式识别中的预处理过程。 这一步骤与传统模式识别的特征提取选择的位置很相似，不同的是，神经网络可以对原始样本直接进行处理，因此这种变换在神经网络模式识别中不象传统模式识别的特征提取选择那样必不可少，神经网络对预处理的要求与传统模式识别对特征提取选择的要求也有所不同。 4、神经网络识别 根据识别对象和研究问题的不同，选用不同的网络结构并采用适当的学习算法，用已知样本作为训练集对神经网络进行训练，使其网络连接的权值不断调整，直到网络的输出特性与期望的相符合。 训练过程结束以后，网络相当于一个固定的映射器，新的输入样木(测试样本)通过网络映射到不同的类别。 神经网络能够应用于模式识别，关键在于它具有一般数学模型所不具有的诸多优点。 1、分布存储和容错性 一个信息不是存储在一个地方，而是按内容而分布在整个网络上，网络某一处不是只存储一个外部信息，而每个神经元存储多种信息的部分内容。网络的每部分对信息的存储有等势作用。这种分布式存储算法是存储区与运算区合为一体的。在神经网络中，要获得存储的知识则采用“联想”的办法，即当一个神经网络输入一个激励时，它要在己存的知识中寻找与该输入匹配最好的存储知识为其解。当然在信息输出时也还要经过一种处理。而不是直接从记忆中取出。这种存储方式的优点在于若部分信息不完全，就是说或者丢失或者损坏甚至有错误的信息，它仍能恢复出原来正确的完整的信息，系统仍能运行。这就是网络具有容错性和联想记忆功能，自然是表现出较强的鲁莽性。人的大脑的容错性是它的一种重要的智慧形式。 2、大规模并行处理 人工神经元网络在结构上是并行的，而且网络的各个单元可以同时进行类似的处理过程。因此，网络中的信息处理是在大量单元中平行而又有层次地进行，运算速度高，大大超过传统的序列式运算的数字机。虽然每个神经元的信息传递 第 4 页
(神经脉冲)速度是以毫秒计算的，比普通序列式计算机要慢很多，但是人通常能在1秒内即可作出对外界事物的判断和决策、这就是能神奇地完成所谓“百步”决策。这按照现有传统的计算机及人工智能技术目前还是做不到的。 3、自学习、自组织和自适应性 学习和适应要求在时间过程中系统内部结构和联系方式有改变，神经元网络是一种变结构系统，恰好能完成对环境的活应和对外界事物的学习能力。神经元之间的连接有多种多样，各神经元之间连接强度具有一定的可塑性，相当于突触传递信息能力的变化，这样，网络可以通过学习和训练进行自组织以适应不同信息处理的要求。 神经元网络是大量神经元的集体行为，并不是各单元行为的简单的相加，而表现出一般复杂非线性动态系统的特性。如不可预测性、不可逆性、有各种类型的吸引子(信息正是“存储”在定点吸引子)和出现混沌现象等。 正是由于神经网络具有这些特点，所以可以处理一些环境信息十分复杂、知识背景不清楚和推理规则不明确的问题。例如语音识别和识别、医学诊断以及市场估计等，都是具有复杂非线性和不确定性对象的控制。在那里，信源提供的模式丰富多彩，有的互相间存在矛盾，而判定决策原则又无条理可循。通过神经元网络学习(按照学习法则)，从典型事例中学会处理具体事例，给出比较满意的解答。 三、神经网络在数字识别中的应用 神经网络模型用于模拟人脑神经元活动的过程。其中包括对信息的加工、处理、存储和搜索等过程，它具有如下基本特点: 1、神经网络具有分布式存储信息的特点。它存储信息的方式与传统的计算机的思维方式是不同的，一个信息不是存在一个地方，而是分布在不同的位置。网络的某一部分也不只存储一个信息，它的信息是分布式存储的。神经网络是用大量神经元之间的连接及对各连接权值的分布来表示特定的信息。因此，这种分布式存储方式即使当局部网络受损时，仍具有能够恢复原来信息的优点。 2、神经网络对信息的处理及推理的过程具有并行的特点。每个神经元都可以根据接收到的信息作独立的运算和处理，然后将结果传输出去，这体现了一种并行处理。神经网络对于一个特定的输入模式，通过前向计算产生一个输出模式，各个输出节点代表的逻辑概念被同时计算出来。在输出模式中，通过输出节点的比较和本身信号的强弱而得到特定的解，同时排出其余的解。这体现了神经网络并行推理的特点。 3、神经网络对信息的处理具有自组织、自学习的特点。神经网络中各神经元之间的连接强度用权值大小来表示，这种权值可以事先定出，也可以为适应周
