BP神经网络模型预测未来
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BP
神经网络模型预测未来
BP神经网络算法概述:
简介与原理
BP神经网络是一种多层前馈神经网络,该网络的主要特点是:
信号前向传递,误差反向传播。在前向传递中,输入信号从输入层经
隐含层逐层处理,直至输出层,每一层的神经元状态只影响下一层神
经元状态。如果输出层得不到期望输出,则转入反向传播,根据预测
误差调整网络权值和阈值,从而使BP神经网络预测输出不断逼近期
望输出。
BP神经网络的拓扑结构如下图所示:
1
X
ij jk
1
Y
2
X
1
Y
n
X
输入层 隐含层 输出层
BP神经网络结构图
图中 是BP神经网络的输入值, 是BP神经网络的预测
值,
为BP神经网络权值。
BP神经网络预测前首先要训练网络,通过训练使网络具有联想记
忆和预测能力。BP神经网络的训练过程包括一下几个步骤。
步骤一:网络初始化。根据系统输入输出序列(,)XY确定网络输
入层节点数,n隐含层节点数l、输出层节点数m、初始化输入层、隐
含层和输出层神经元之间的连接权值,,ijjk初始化隐含层阈值a,给
定输出层阈值b,给定学习速率和神经元激励函数。
步骤二:隐含层输出计算。根据输入向量,输入层和隐含层间连
接权值 ,以及隐含层阈值,计算隐含层输出。
步骤三:输出层输出计算。根据隐含层输出 ,连接权值 和阈
值 ,计算BP神经网络预测输出 。
步骤四:误差计算根据网络输出 和预期输出 ,计算网络预测
误差 。
步骤五:权值更新。根据网络预测 更新网络连接权值
步骤六:阈值更新。根据网络预测误差 更新网络节点阈值 。
步骤七:判断算法迭代是否结束,若没有结束,返回步骤二。
下面是基本BP算法的流程图。
BP神经网络的拓扑结构如下图所示:
1
X
ij jk
1
Y
2
X
1
Y
n
X
输入层 隐含层 输出层
BP
神经网络预测的算法流程如下:
步骤一:对初始数据进行标准化。
步骤二:利用原始数据对网络进行训练。
步骤三:对未来第t年第i类污染程度的河流长度比例进行预测。
步骤四:利用第年预测得到的数据作为样本再对网络进行训练。
步骤五:然后令1tt,回到Step2,直到10t。
2.建模步骤:
Step 1 建立如下网络拓扑结构
表3 网络结构
网络基本结构 输入激发函数 输出激发函数 学习
方法
精度
10—15—1 sigmoid函数 sigmoid函数 梯度
下降法
0.001
图6:网络拓朴结构图
Step 2 网络训练
1、样本数据预处理
0
1Xt()
0
1Xtn()
…
)(tX
n
0
Xtn()
…
输入层 隐含层
输出层
2、利用处理后的数据对网格进行训练。
Step 3 进行预测
利用Levenberg_Marquardt 的BP 算法训练函数,预测的算法流程如
下:
Step1:对初始数据进行标准化。
Step2:利用原始数据对网络进行训练。
Step3:对未来第t 年第i 类污染程度的河流长度比例进行预测。
Step4:利用第t 年预测得到的数据作为样本再对网络进行训练。
Step5:然后令t=t+1,回到Step2,直到t=10。
BP神经网络的特点有:(1)良好的逼近能力 (2)误差可以控制
1
X
ij jk
1
Y
2
X
1
Y
n
X
输入层 隐含层 输出层