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1、BP神經(jīng)網(wǎng)絡詳解與實例(講稿)引言利用機器模仿人類的智能是長期以來人們認識自然、改造自然和認識自身的理想。研究ANN目的：（1）探索和模擬人的感覺、思維和行為的規(guī)律，設計具有人類智能的計算機系統(tǒng)。（2）探討人腦的智能活動，用物化了的智能來考察和研究人腦智能的物質過程及其規(guī)律。ANN的研究內(nèi)容（1）理論研究：ANN模型及其學習算法，試圖從數(shù)學上描述ANN的動力學過程，建立相應的ANN模型，在該模型的基礎上，對于給定的學習樣本，找出一種能以較快的速度和較高的精度調(diào)整神經(jīng)元間互連權值，使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)，滿足學習要求的算法。（2）實現(xiàn)技術的研究：探討利用電子、光學、生物等技術實現(xiàn)神經(jīng)計算機
2、的途徑。（3）應用的研究：探討如何應用ANN解決實際問題，如模式識別、故障檢測、智能機器人等。人工神經(jīng)網(wǎng)絡研究的局限性（1）ANN研究受到腦科學研究成果的限制。（2）ANN缺少一個完整、成熟的理論體系。（3）ANN研究帶有濃厚的策略和經(jīng)驗色彩。（4）ANN與傳統(tǒng)技術的接口不成熟。人工神經(jīng)網(wǎng)絡概述什么是人工神經(jīng)網(wǎng)絡？T.Koholen的定義：“人工神經(jīng)網(wǎng)絡是由具有適應性的簡單單元組成的廣泛并行互連的網(wǎng)絡，它的組織能夠模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)對真實世界物體所作出的交互反應?！倍⑸窠?jīng)元與神經(jīng)網(wǎng)絡大腦可視作為1000多億神經(jīng)元組成的神經(jīng)網(wǎng)絡圖3神經(jīng)元的解剖圖神經(jīng)元的信息傳遞和處理是一種電化學活動．
3、樹突由于電化學作用接受外界的刺激；通過胞體內(nèi)的活動體現(xiàn)為軸突電位，當軸突電位達到一定的值則形成神經(jīng)脈沖或動作電位；再通過軸突末梢傳遞給其它的神經(jīng)元．從控制論的觀點來看；這一過程可以看作一個多輸入單輸出非線性系統(tǒng)的動態(tài)過程神經(jīng)網(wǎng)絡研究的兩個方面從生理上、解剖學上進行研究從工程技術上、算法上進行研究腦神經(jīng)信息活動的特征(1)巨量并行性。(2)信息處理和存儲單元結合在一起。(3)自組織自學習功能。神經(jīng)網(wǎng)絡基本模型神經(jīng)元的數(shù)學模型圖4神經(jīng)元的數(shù)學模型其中x＝（x1，…xm）T輸入向量，y為輸出，wi是權系數(shù)；輸入與輸出具有如下關系：θ為閾值，f（X）是激發(fā)函數(shù)；它可以是線性函數(shù)，也可以是非線
4、性函數(shù)．例如，若記取激發(fā)函數(shù)為符號函數(shù)則S型激發(fā)函數(shù)：或注：若將閾值看作是一個權系數(shù)，-1是一個固定的輸入，另有m-1個正常的輸入，則（1）式也可表示為：（1）參數(shù)識別：假設函數(shù)形式已知，則可以從已有的輸入輸出數(shù)據(jù)確定出權系數(shù)及閾值。2、神經(jīng)網(wǎng)絡的數(shù)學模型眾多神經(jīng)元之間組合形成神經(jīng)網(wǎng)絡，例如下圖的含有中間層（隱層）的B-P網(wǎng)絡基本BP網(wǎng)絡的拓撲結構b1bia1c1cqcjahbpan………………Wp1WiqWpjW1qW1jWijV11W11WpqWi1Vh1VhiV1iVn1VniV1pVhpVnp輸出層LC隱含層LB輸入層LAWVANN類型與功能一般而言,ANN與經(jīng)典計算方法相比
5、并非優(yōu)越,只有當常規(guī)方法解決不了或效果不佳時ANN方法才能顯示出其優(yōu)越性。尤其對問題的機理不甚了解或不能用數(shù)學模型表示的系統(tǒng),如故障診斷、特征提取和預測等問題,ANN往往是最有利的工具。另一方面,ANN對處理大量原始數(shù)據(jù)而不能用規(guī)則或公式描述的問題,表現(xiàn)出極大的靈活性和自適應性。人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ArtificialNeuronNets=ANN）例1981年生物學家格若根（W．Grogan）和維什（W．Wirth）發(fā)現(xiàn)了兩類蚊子(或飛蠓midges)．他們測量了這兩類蚊子每個個體的翼長和觸角長，數(shù)據(jù)如下：翼長觸角長類別1.641.38Af1.821.38Af1.901.38Af1.701
6、.40Af1.821.48Af1.821.54Af2.081.56Af翼長觸角長類別1.781.14Apf1.961.18Apf1.861.20Apf1.721.24Af2.001.26Apf2.001.28Apf1.961.30Apf1.741.36Af問：如果抓到三只新的蚊子，它們的觸角長和翼長分別為(l.24,1.80);(l.28，1.84)；（1.40，2.04）．問它們應分別屬于哪一個種類？解法一：把翼長作縱坐標，觸角長作橫坐標；那么每個蚊子的翼長和觸角決定了坐標平面的一個點.其中6個蚊子屬于APf類；用黑點“·”表示；9個蚊子屬Af類；用小圓圈“?！北硎荆玫降慕Y果見圖
7、1圖1飛蠓的觸角長和翼長思路：作一直線將兩類飛蠓分開例如；取A＝（1.44，2.10）和B＝(1.10，1.16)，過AB兩點作一條直線：y＝1.47x-0.017其中X表示觸角長；y表示翼長．分類規(guī)則：設一個蚊子的數(shù)據(jù)為（x,y）如果y≥1.47x-0.017，則判斷蚊子屬Apf類；如果y＜1.47x-0.017；則判斷蚊子屬Af類．分類結果：(1.24，1.80)，(1.28，1.84)屬于Af類；(1.40，2.04）屬于Apf類．圖2分類直線圖?缺
