神经网络方法研究及应用,神经网络算法实例说明

发布于:2023-01-20 ⋅ 阅读:(11) ⋅ 点赞:(0) ⋅ 评论:(0)

在模式识别,人工神经网络方法中,为什么要进行数据预处理

可以降低数据大小,通过归约,可以建立好的样本集,因为脏数据的存在,需要预处理单位不一致,比如,身高1.7米,体重120斤,那么1.7和120不在一个数量级上,导致1.7的权重被淹没有时候需要降维,降低运算量,有时需要升维,达到线性可分,这些都是预处理的方面。

神经网络bp算法可以对样本进行预测,具体是预测什么?

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关于神经网络(matlab)归一化的整理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:(byjames)1、线性函数转换,表达式如下:y=(x-MinValue)/(MaxValue-MinValue)说明:x、y分别为转换前、后的值,MaxValue、MinValue分别为样本的最大值和最小值。

2、对数函数转换,表达式如下:y=log10(x)说明:以10为底的对数函数转换。

3、反余切函数转换,表达式如下:y=atan(x)*2/PI归一化是为了加快训练网络的收敛性,可以不进行归一化处理归一化的具体作用是归纳统一样本的统计分布性。

归一化在0-1之间是统计的概率分布,归一化在-1--+1之间是统计的坐标分布。归一化有同一、统一和合一的意思。

无论是为了建模还是为了计算,首先基本度量单位要同一,神经网络是以样本在事件中的统计分别几率来进行训练(概率计算)和预测的,归一化是同一在0-1之间的统计概率分布;当所有样本的输入信号都为正值时,与第一隐含层神经元相连的权值只能同时增加或减小,从而导致学习速度很慢。

为了避免出现这种情况,加快网络学习速度,可以对输入信号进行归一化,使得所有样本的输入信号其均值接近于0或与其均方差相比很小。

归一化是因为sigmoid函数的取值是0到1之间的,网络最后一个节点的输出也是如此,所以经常要对样本的输出归一化处理。所以这样做分类的问题时用[0.90.10.1]就要比用[100]要好。

但是归一化处理并不总是合适的,根据输出值的分布情况,标准化等其它统计变换方法有时可能更好。

关于用premnmx语句进行归一化:premnmx语句的语法格式是:[Pn,minp,maxp,Tn,mint,maxt]=premnmx(P,T)其中P,T分别为原始输入和输出数据,minp和maxp分别为P中的最小值和最大值。

mint和maxt分别为T的最小值和最大值。premnmx函数用于将网络的输入数据或输出数据进行归一化,归一化后的数据将分布在[-1,1]区间内。

我们在训练网络时如果所用的是经过归一化的样本数据,那么以后使用网络时所用的新数据也应该和样本数据接受相同的预处理,这就要用到tramnmx。

下面介绍tramnmx函数:[Pn]=tramnmx(P,minp,maxp)其中P和Pn分别为变换前、后的输入数据,maxp和minp分别为premnmx函数找到的最大值和最小值。

(byterry2008)matlab中的归一化处理有三种方法1.premnmx、postmnmx、tramnmx2.restd、poststd、trastd3.自己编程具体用那种方法就和你的具体问题有关了(byhappy)pm=max(abs(p(i,:)));p(i,:)=p(i,:)/pm;和fori=1:27p(i,:)=(p(i,:)-min(p(i,:)))/(max(p(i,:))-min(p(i,:)));end可以归一到01之间0.1+(x-min)/(max-min)*(0.9-0.1)其中max和min分别表示样本最大值和最小值。

这个可以归一到0.1-0.9。

在模式识别、人工神经网络方法中,为什么要进行数据预处理呢?

1.原数据可能数据量很大,维数很,计算机处理起来时间复杂度很高,预处理可以降低数据维度。2.数据的很多特性非常影响神经网络等分类模型的效果。

比如数据值得分布不在一个尺度上,当地气温值与当地月工资显然不在一个数量级上,这时,需要数据规范化,把这两个特征的数据都规范到0到1,这样使得它们对模型的影响具有同样的尺度。

3.当然,数据预处理还有很多,比如中心化,去噪,降维,平滑,变换等等,各有各的目的,总之都是为了最终分类器的效果服务,由于原数据可能含有大量的噪声,去除噪声是有必要的。

神经网络中对输入数据的预处理包括哪些步骤方法?最好能说得详细些,谢谢!

神经网络 算法 思路?能否提供一个最简单的代码? 30

最基本的BP算法:1)正向传播:输入样本->输入层->各隐层(处理)->输出层注1:若输出层实际输出与期望输出(教师信号)不符,则转入2)(误差反向传播过程)2)误差反向传播:输出误差(某种形式)->隐层(逐层)->输入层其主要目的是通过将输出误差反传,将误差分摊给各层所有单元,从而获得各层单元的误差信号,进而修正各单元的权值(其过程,是一个权值调整的过程)。

注2:权值调整的过程,也就是网络的学习训练过程(学习也就是这么的由来,权值调整)。上传代码的第一个案例即是BP的详细代码,没有使用内置函数。

神经网络算法原理

4.2.1概述人工神经网络的研究与计算机的研究几乎是同步发展的。

1943年心理学家McCulloch和数学家Pitts合作提出了形式神经元的数学模型,20世纪50年代末,Rosenblatt提出了感知器模型,1982年,Hopfiled引入了能量函数的概念提出了神经网络的一种数学模型,1986年,Rumelhart及LeCun等学者提出了多层感知器的反向传播算法等。

神经网络技术在众多研究者的努力下,理论上日趋完善,算法种类不断增加。目前,有关神经网络的理论研究成果很多,出版了不少有关基础理论的著作,并且现在仍是全球非线性科学研究的热点之一。

神经网络是一种通过模拟人的大脑神经结构去实现人脑智能活动功能的信息处理系统,它具有人脑的基本功能,但又不是人脑的真实写照。它是人脑的一种抽象、简化和模拟模型,故称之为人工神经网络(边肇祺,2000)。

人工神经元是神经网络的节点,是神经网络的最重要组成部分之一。目前,有关神经元的模型种类繁多,最常用最简单的模型是由阈值函数、Sigmoid函数构成的模型(图4-3)。

图4-3人工神经元与两种常见的输出函数神经网络学习及识别方法最初是借鉴人脑神经元的学习识别过程提出的。

输入参数好比神经元接收信号,通过一定的权值(相当于刺激神经兴奋的强度)与神经元相连,这一过程有些类似于多元线性回归,但模拟的非线性特征是通过下一步骤体现的,即通过设定一阈值(神经元兴奋极限)来确定神经元的兴奋模式,经输出运算得到输出结果。

经过大量样本进入网络系统学习训练之后,连接输入信号与神经元之间的权值达到稳定并可最大限度地符合已经经过训练的学习样本。

在被确认网络结构的合理性和学习效果的高精度之后,将待预测样本输入参数代入网络,达到参数预测的目的。

4.2.2反向传播算法(BP法)发展到目前为止,神经网络模型不下十几种,如前馈神经网络、感知器、Hopfiled网络、径向基函数网络、反向传播算法(BP法)等,但在储层参数反演方面,目前比较成熟比较流行的网络类型是误差反向传播神经网络(BP-ANN)。

BP网络是在前馈神经网络的基础上发展起来的,始终有一个输入层(它包含的节点对应于每个输入变量)和一个输出层(它包含的节点对应于每个输出值),以及至少有一个具有任意节点数的隐含层(又称中间层)。

在BP-ANN中,相邻层的节点通过一个任意初始权值全部相连,但同一层内各节点间互不相连。

对于BP-ANN,隐含层和输出层节点的基函数必须是连续的、单调递增的,当输入趋于正或负无穷大时,它应该接近于某一固定值,也就是说,基函数为“S”型(Kosko,1992)。

BP-ANN的训练是一个监督学习过程,涉及两个数据集,即训练数据集和监督数据集。

给网络的输入层提供一组输入信息,使其通过网络而在输出层上产生逼近期望输出的过程,称之为网络的学习,或称对网络进行训练,实现这一步骤的方法则称为学习算法。

BP网络的学习过程包括两个阶段:第一个阶段是正向过程,将输入变量通过输入层经隐层逐层计算各单元的输出值;第二阶段是反向传播过程,由输出误差逐层向前算出隐层各单元的误差,并用此误差修正前层权值。

误差信息通过网络反向传播,遵循误差逐步降低的原则来调整权值,直到达到满意的输出为止。

网络经过学习以后,一组合适的、稳定的权值连接权被固定下来,将待预测样本作为输入层参数,网络经过向前传播便可以得到输出结果,这就是网络的预测。

反向传播算法主要步骤如下:首先选定权系数初始值,然后重复下述过程直至收敛(对各样本依次计算)。

(1)从前向后各层计算各单元Oj储层特征研究与预测(2)对输出层计算δj储层特征研究与预测(3)从后向前计算各隐层δj储层特征研究与预测(4)计算并保存各权值修正量储层特征研究与预测(5)修正权值储层特征研究与预测以上算法是对每个样本作权值修正,也可以对各个样本计算δj后求和,按总误差修正权值。

如何快速学习神经网络算法识别验证码

验证码都是服务器生成的图片,如果是动态的,就是调用servlet生成的,怎么提取我还不太清楚,不过我想网络上应该会有很多资料。

我现在看的是识别验证码的东西,在截取到验证码图片之后,针对这个黑白背景,只有干扰线的验证码。

机器学习之识别简单验证码时间2016-10-1522:46:31随风'SBlog主题数据挖掘关于验证码识别的文章网上很多图像识别的大神教程也比较多,不过大多数专业性太强了,对非专业人士读起来简直是天书,不过随着机器学习的普及,一大批机器学习的开源工具出现了,这也算对大多数像我一样的学渣的福音,由于最近项目中牵扯到了一些机器学习相关的东西,所以自己最近也一直在学习机器相关的东西,这篇验证码的识别也算是练手了,本文也算是学习中的笔记,所以文章中难免有一些错误,欢迎各路大神指点。

由于本人不是相关专业的,对于文中相关算法就不会具体去讨论了,主要以实战为目的。准备工作主要是用到了一些机器学习开源的框架以及一些辅助工具。

Scikit-Learn比较有名的Python机器学习模块,主要是操作简单。PybrainPython机器学习模块,主要以神经网络为核心,所有的训练方法都以神经网络为一个实例。

pytesseract图像识别小工具,本文主要是用来预处理训练样本的。PILPython图像处理库。

问题分析首先在进行具体工作之前,我们得看看我们需要解决的是什么问题,那么对于验证码识别来说,可以看作一个分类问题,对于数字的图片验证码来说的话,其实就是0-9数字分类的问题,验证码识别最难的部分在于怎么去将验证码进行切割成单个字符图片,当然对于图片裁剪也就是特征提取有很多办法,例如垂直投影法,等距切割法等等,其中等距切割也是比较简单的,但是对于稍微复杂一点的验证码识别时准确率非常低,因为等距切割时将验证码按照相同的宽度进行裁剪,对于那些字符宽度大小不一的,就算裁剪出来也不能很好的表示字符的特征,所以有时候需要先对图片进行一系列的预处理,例如字符矫正等等,然后再用垂直投影法在x轴和y轴上按照投影的大小进行裁剪。

对于垂直投影法来说的话,最后我们还得考虑训练集在维度上都同意,由于是非等级切割,所以每个图片的像素肯定不一样,所以为了维度统一还得进行填充,总之稍微麻烦一点。

这里主要是以等距切割为例子,因为在操作起来比较简单,那么掩码也是选用0-9的纯数字验证码来进行识别,验证码如下这样的图片看起来的话间距基本上都差不多大,所以在分割时也比较容易,将图片切成四块后,就可以拿每一块去进行训练识别了。

使用机器学习来进行训练和识别的话,我们就得考虑特征选取了,一般验证码识别有一套标准的流程,图片对于验证码识别来说我们关注的不是验证码的颜色,而是字符代表的含义,所以在图片处理时进行灰度化和二值化以及去噪,比如说去掉干扰线,那么去噪也有相应的算法来实现,这里不做具体讨论,二值化其实就是将图片呈现出两种颜色,即非黑即白,这样的好处是在特征处理时可以使用0和1来代表黑色和白色,0和1代表什么颜色取决于个人喜好。

这样的话将二值化和其它步骤处理后的图片进行特征提取,将黑色像素点标记成1,白色像素点标记成0,这样就可以得到图片的数值表示,那么特征维度就等于图片像素的大小,最终将图片按照X轴或者Y轴表示,即将像素的所标记的值合并到一行,例如呵呵000000101110000000000000000表示成呵呵000000101110000000000000000,这样每张图片就可以使用一行0和1的数值来表示。

进行特征提取之后,我们得到了图片在数学上的表示,那么下一步就需要进行模型训练了,由于如上文所述,图片识别是一个分类问题,所以在机器学习中,我主要采用了两种模型来进行训练,SVM支持向量机和BP神经网络来进行模型训练,SVM使用scikit-learn机器学习包里面的实现来做,神经网络使用Pybrain来进行实现。

有关SVM和BP神经网络的算法部分,大家最好还是去网上搜下相关的Paper,这样你才能知道什么算法能解决什么问题,以及它大概的原理是什么样子的,有能力的同学可以去对推导下这两个算法。

实践在问题分析部分我们已经对验证码识别的大概思路有了一个了解,那么这部分则主要正对上面所述部分进行具体实现。

首先,我们应该明白SVM和神经网络模型算法是属于有监督学习,即需要对样本进行标注,也就是标记每张图片表示的是那个数字,但是实际遇到的问题是,如果数据量小的话,我们可以进行人工标注,那么在数据量比较大的情况下,人工标注可能就不太现实了,所以对于图片来说的话也一样,你进行切割完成之后你必须得标注这个数字是几,所以我们需要对切割的图片进行预处理,也就是打标记,我比较懒,所以我也不会一个个去打标签,所以这里使用ocr来对切割的图片进行预分类,ocr在单文字识别上的效果正确率还是可以的,在ocr进行预分类之后,我们只需要去纠正那些分类错误的图片即可,这样就能大大的减少工作量。

这里实现主要有以下几个步骤:图片采集图片预处理(包括图片切割,二值化以及图像增强)图片的预分类标注以及手动纠错标注特征提取模型训练以及预测图片采集图片采集就比较简单,不过多的阐述,如下图代码所示将下载到了图片按照时间戳存到指定位置图片预处理以及图片裁剪对图片进行预处理后采用等距切割法对图片进行切割裁剪后的图片如下图片预分类图片预分类采用pytesseract来对分割的图片进行预分类,减轻工作量。

具体代码如下ocr的分类效果正确率应该在50%以上,剩下的就是对预分类的图片进行人工纠错了。ocr的分类效果图人工纠错和标记后的结果每个目录表示一个类别标签。

特征提取特征提取的具体内容请参考问题分析中,里面有详细的说明。

关键代码如下最终图片的数学上表示会以记录在中,数据的格式如下图所示红色线框表示一张图片数值上的表示,最后一个数字0表示该图片的类型,我是为了方便把标签追加到最后一行。

SVM模型分类这里svm的实现使用了scikit-learn来实现,关于scikit-learn的使用去官网看Tutorial就好了,这里需要说一下SVM关于参数选择的问题,我们都知道SVM支持多个核函数,例如高斯核、线性核、poly以及sgmoid核函数,但是选择那么核函数一开始对于不太熟悉的同学怎么选择的确是个问题,所以这里使用了scikit-learn的GridSearchCV来对参数进行最优化选择,经过参数寻优,这里高斯核的最终效果还是不错的,所以训练的时候直接使用高斯核来进行训练。

为了方便预测时的使用,这里对训练结果使用了joblib模块来进行持久化。为了简单对评价模型进行,这里使用了5折交叉验证来对结果进行检验。

最终结果的准确率在:Accuracy:0.96(+/-0.09)具体代码如下:举个预测的例子,看看效果BP神经网络模型分类BP神经网络也称负反馈神经网络,即按误差逆传播算法训练的多层前馈网络,是目前应用最广泛的神经网络模型之一,在BP神经网络之后,又出现了在深度学习中应用最广泛的CNN即卷积神经网络,这几天也正在学习。

本文使用了三层BP神经网络来对训练集进行训练,即输入层+2层隐含层+输出层,关于BP神经网络本身这里需要注意的是激活函数的选择以及对于多分类问题输出层函数选择的问题,激活函数主要有sigmod、tanh以及relu,关于怎么选取激活函数,这块没有进行深入了解,一般都是每个激活函数都跑一次,看最终效果。

这里的神经网络模型分类主要是对Pybrain用法的学习以及BP神经网络的基本认识,输入层使用了LinearLayer即线性输入层,隐含层使用了SigmoidLayer即激活函数为sigmod的隐含层,输出层由于是多分类问题,所以使用了SoftmaxLayer,最终在神经网络计算的结果中选取数值最大的那个索引位置就是预测的验证码类别,也就是0-9之间的数值。

关于Pybrain的资料除了官方文档不是特别多,关于构建神经网络的方式提供了两种方式,一种是buildNetwork函数来进行构建,另外一种就是使用FeedForwardNetwork函数来进行构建,这里需要注意的是如果使用FeedForwardNetwork来进行构建的话,注意要手动给各层加上Bias偏置项,否则结果可能可能非常差,当时我实验时没加,半天计算结果不对,最后看了下buildNetwork函数的源代码才发现没加Bias项,还有就是需要注意迭代至收敛的步数即函数中的*maxEpochs=500,这个根据情况调整,Pybrain有自己的数据集格式,所以在使用时必须按照它的格式来进行数据的初始化。

这里除了输入层的维度(即验证码的训练集维度)和输出是固定的之外,其中隐含层的神经元个数也是可以调整的,具体的感兴趣的同学自己去调然后再看下结果。

对模型使用10折交叉验证进行了简单评估,错误率在Totalerror:0.062左右,效果比SVM的差一点,应该通参数调优应该可以提高准确率,不过重在学习。

训练集样本:主要代码如下:举个例子,来看看预测效果总结通过这个小实验,至少让我对机器学习和相关算法大致有了一个了解,同时作为安全人员来说至少知道了如何使用开源的机器学习框架来构架自己的模型,笔记中难免会有错误之处,欢迎大家提出意见。

MATLAB中训练LM算法的BP神经网络

1.初始权值不一样,如果一样,每次训练结果是相同的2.是3.在train之前修改权值,IW,LW,b,使之相同4.取多次实验的均值一点浅见,仅供参考训练误差是否降到一定范围内,比如1e-3,将训练样本回代结果如何,训练样本进行了预处理,比如归一化,而测试样本未进行同样的处理这样的归一化似有问题,我也认为“测试数据的归一化也用训练数据归一化时得出的min和max值”,请参考这个帖子测试数据带入训练好的神经网络误差当然不会达到1e-5,这是预测啊。

但将训练数据带入误差必然是1e-5,算法终止就是因为达到这个误差才终止,这个误差是由训练数据的输入、输出以及神经网络的权值、激活函数共同决定的,神经网络训练完后,权值、激活函数定了,同样的数据再代入神经网络,误差会不等于1e-5?

第二个问题:不可能每个值都达到1e-5,1e-5是MSE(meansquareerror),它们的平方和除以总数再开方,mse(E)必为1e-5另外,LM算法虽然训练最快,但是预测精度一般不好,不如gdm,gdx。

基于卷积神经网络的人脸识别不需要对照片进行预处理吗

一般来说,现实的场景太多了,对照片的预处理也不能保证每次都能达到较好的效果,当然好的预处理方法也能有所帮助。

不过目前的深度学习方法多采用数据增强的方法尽可能增加样本的多样性,让网络自己去适应其中的变化。

如何理解神经网络里面的反向传播算法

可以采用MATLAB软件中的神经网络工具箱来实现BP神经网络算法。BP神经网络的学习过程由前向计算过程、误差计算和误差反向传播过程组成。

双含隐层BP神经网络的MATLAB程序,由输入部分、计算部分、输出部分组成,其中输入部分包括网络参数与训练样本数据的输入、初始化权系、求输入输出模式各分量的平均值及标准差并作相应数据预处理、读入测试集样本数据并作相应数据预处理;计算部分包括正向计算、反向传播、计算各层权矩阵的增量、自适应和动量项修改各层权矩阵;输出部分包括显示网络最终状态及计算值与期望值之间的相对误差、输出测试集相应结果、显示训练,测试误差曲线。