bp神经网络权重分析法,bp神经网络综合评价

发布于:2023-01-22 ⋅ 阅读:(674) ⋅ 点赞:(0)

BP神经网络中,如何设定神经元的初始连接权重以及阀值?

初始连接权重关系到网络训练速度的快慢以及收敛速率,在基本的神经网络中,这个权重是随机设定的。在网络训练的过程中沿着误差减小的方向不断进行调整。

针对这个权重的随机性不确定的缺点,有人提出了用遗传算法初始化BP的初始权重和阈值的想法,提出了遗传神经网络模型,并且有人预言下一代的神经网络将会是遗传神经网络。希望对你有所帮助。你可以查看这方面的文献。

BP人工神经网络

人工神经网络(artificialneuralnetwork,ANN)指由大量与自然神经系统相类似的神经元联结而成的网络,是用工程技术手段模拟生物网络结构特征和功能特征的一类人工系统爱发猫 www.aifamao.com

神经网络不但具有处理数值数据的一般计算能力,而且还具有处理知识的思维、学习、记忆能力,它采用类似于“黑箱”的方法,通过学习和记忆,找出输入、输出变量之间的非线性关系(映射),在执行问题和求解时,将所获取的数据输入到已经训练好的网络,依据网络学到的知识进行网络推理,得出合理的答案与结果。

岩土工程中的许多问题是非线性问题,变量之间的关系十分复杂,很难用确切的数学、力学模型来描述。

工程现场实测数据的代表性与测点的位置、范围和手段有关,有时很难满足传统统计方法所要求的统计条件和规律,加之岩土工程信息的复杂性和不确定性,因而运用神经网络方法实现岩土工程问题的求解是合适的。

BP神经网络模型是误差反向传播(BackPagation)网络模型的简称。它由输入层、隐含层和输出层组成。

网络的学习过程就是对网络各层节点间连接权逐步修改的过程,这一过程由两部分组成:正向传播和反向传播。

正向传播是输入模式从输入层经隐含层处理传向输出层;反向传播是均方误差信息从输出层向输入层传播,将误差信号沿原来的连接通路返回,通过修改各层神经元的权值,使得误差信号最小。

BP神经网络模型在建立及应用过程中,主要存在的不足和建议有以下四个方面:(1)对于神经网络,数据愈多,网络的训练效果愈佳,也更能反映实际。

但在实际操作中,由于条件的限制很难选取大量的样本值进行训练,样本数量偏少。(2)BP网络模型其计算速度较慢、无法表达预测量与其相关参数之间亲疏关系。

(3)以定量数据为基础建立模型,若能收集到充分资料,以定性指标(如基坑降水方式、基坑支护模式、施工工况等)和一些易获取的定量指标作为输入层,以评价等级作为输出层,这样建立的BP网络模型将更准确全面。

(4)BP人工神经网络系统具有非线性、智能的特点。

较好地考虑了定性描述和定量计算、精确逻辑分析和非确定性推理等方面,但由于样本不同,影响要素的权重不同,以及在根据先验知识和前人的经验总结对定性参数进行量化处理,必然会影响评价的客观性和准确性。

因此,在实际评价中只有根据不同的基坑施工工况、不同的周边环境条件,应不同用户的需求,选择不同的分析指标,才能满足复杂工况条件下地质环境评价的要求,取得较好的应用效果。

什么是BP神经网络?

BP算法的基本思想是:学习过程由信号正向传播与误差的反向回传两个部分组成;正向传播时,输入样本从输入层传入,经各隐层依次逐层处理,传向输出层,若输出层输出与期望不符,则将误差作为调整信号逐层反向回传,对神经元之间的连接权矩阵做出处理,使误差减小。

经反复学习,最终使误差减小到可接受的范围。具体步骤如下:1、从训练集中取出某一样本,把信息输入网络中。2、通过各节点间的连接情况正向逐层处理后,得到神经网络的实际输出。

3、计算网络实际输出与期望输出的误差。4、将误差逐层反向回传至之前各层,并按一定原则将误差信号加载到连接权值上,使整个神经网络的连接权值向误差减小的方向转化。

5、対训练集中每一个输入—输出样本对重复以上步骤,直到整个训练样本集的误差减小到符合要求为止。

BP神经网络中初始权值和阈值的设定

1、首先需要了解BP神经网络是一种多层前馈网络。2、以看一下在matlab中BP神经网络的训练函数,有梯度下降法traingd,弹性梯度下降法trainrp,自适应lr梯度下降法traingda等。

3、在matlab中命令行窗口中定义输入P,输出T,·通过“newff(minmax(P),[5,1]构建BP神经网络,“[net,tr]=train(net,P,T);”进行网络训练,“sim(net,P)”得到仿真预测值。

4、在命令行窗口按回车键之后,可以看到出现结果弹窗,最上面的NeuralNetwork下面依次代表的是“输入、隐含层、输出层、输出”,隐含层中有5个神经元。

5、Progress下面的Epoch代表迭代次数,Gradient代表梯度,VaildationChecks代表有效性检查,最后的绿色对勾代表性能目标达成。

6、最后将实际曲线和预测曲线绘制出来,可以看到使用BP神经网络预测的结果曲线基本和实际输出曲线一致。

BP神经网络的原理的BP什么意思

人工神经网络有很多模型,但是日前应用最广、基本思想最直观、最容易被理解的是多层前馈神经网络及误差逆传播学习算法(ErrorBack-Prooaeation),简称为BP网络。

在1986年以Rumelhart和McCelland为首的科学家出版的《ParallelDistributedProcessing》一书中,完整地提出了误差逆传播学习算法,并被广泛接受。

多层感知网络是一种具有三层或三层以上的阶层型神经网络。

典型的多层感知网络是三层、前馈的阶层网络(图4.1),即:输入层、隐含层(也称中间层)、输出层,具体如下:图4.1三层BP网络结构(1)输入层输入层是网络与外部交互的接口。

一般输入层只是输入矢量的存储层,它并不对输入矢量作任何加工和处理。输入层的神经元数目可以根据需要求解的问题和数据表示的方式来确定。

一般而言,如果输入矢量为图像,则输入层的神经元数目可以为图像的像素数,也可以是经过处理后的图像特征数。

(2)隐含层1989年,RobertHechtNielsno证明了对于任何在闭区间内的一个连续函数都可以用一个隐层的BP网络来逼近,因而一个三层的BP网络可以完成任意的n维到m维的映射。

增加隐含层数虽然可以更进一步的降低误差、提高精度,但是也使网络复杂化,从而增加了网络权值的训练时间。

误差精度的提高也可以通过增加隐含层中的神经元数目来实现,其训练效果也比增加隐含层数更容易观察和调整,所以一般情况应优先考虑增加隐含层的神经元个数,再根据具体情况选择合适的隐含层数。

(3)输出层输出层输出网络训练的结果矢量,输出矢量的维数应根据具体的应用要求来设计,在设计时,应尽可能减少系统的规模,使系统的复杂性减少。

如果网络用作识别器,则识别的类别神经元接近1,而其它神经元输出接近0。

以上三层网络的相邻层之间的各神经元实现全连接,即下一层的每一个神经元与上一层的每个神经元都实现全连接,而且每层各神经元之间无连接,连接强度构成网络的权值矩阵W。

BP网络是以一种有教师示教的方式进行学习的。首先由教师对每一种输入模式设定一个期望输出值。然后对网络输入实际的学习记忆模式,并由输入层经中间层向输出层传播(称为“模式顺传播”)。

实际输出与期望输出的差即是误差。按照误差平方最小这一规则,由输出层往中间层逐层修正连接权值,此过程称为“误差逆传播”(陈正昌,2005)。

所以误差逆传播神经网络也简称BP(BackPropagation)网。随着“模式顺传播”和“误差逆传播”过程的交替反复进行。

网络的实际输出逐渐向各自所对应的期望输出逼近,网络对输入模式的响应的正确率也不断上升。通过此学习过程,确定下各层间的连接权值后。

典型三层BP神经网络学习及程序运行过程如下(标志渊,2006):(1)首先,对各符号的形式及意义进行说明:网络输入向量Pk=(a1,a2,...,an);网络目标向量Tk=(y1,y2,...,yn);中间层单元输入向量Sk=(s1,s2,...,sp),输出向量Bk=(b1,b2,...,bp);输出层单元输入向量Lk=(l1,l2,...,lq),输出向量Ck=(c1,c2,...,cq);输入层至中间层的连接权wij,i=1,2,...,n,j=1,2,...p;中间层至输出层的连接权vjt,j=1,2,...,p,t=1,2,...,p;中间层各单元的输出阈值θj,j=1,2,...,p;输出层各单元的输出阈值γj,j=1,2,...,p;参数k=1,2,...,m。

(2)初始化。给每个连接权值wij、vjt、阈值θj与γj赋予区间(-1,1)内的随机值。(3)随机选取一组输入和目标样本提供给网络。

(4)用输入样本、连接权wij和阈值θj计算中间层各单元的输入sj,然后用sj通过传递函数计算中间层各单元的输出bj。

基坑降水工程的环境效应与评价方法bj=f(sj)j=1,2,...,p(4.5)(5)利用中间层的输出bj、连接权vjt和阈值γt计算输出层各单元的输出Lt,然后通过传递函数计算输出层各单元的响应Ct。

基坑降水工程的环境效应与评价方法Ct=f(Lt)t=1,2,...,q(4.7)(6)利用网络目标向量,网络的实际输出Ct,计算输出层的各单元一般化误差。

基坑降水工程的环境效应与评价方法(7)利用连接权vjt、输出层的一般化误差dt和中间层的输出bj计算中间层各单元的一般化误差。

基坑降水工程的环境效应与评价方法(8)利用输出层各单元的一般化误差与中间层各单元的输出bj来修正连接权vjt和阈值γt。

基坑降水工程的环境效应与评价方法(9)利用中间层各单元的一般化误差,输入层各单元的输入Pk=(a1,a2,...,an)来修正连接权wij和阈值θj。

基坑降水工程的环境效应与评价方法(10)随机选取下一个学习样本向量提供给网络,返回到步骤(3),直到m个训练样本训练完毕。

(11)重新从m个学习样本中随机选取一组输入和目标样本,返回步骤(3),直到网路全局误差E小于预先设定的一个极小值,即网络收敛。如果学习次数大于预先设定的值,网络就无法收敛。(12)学习结束。

可以看出,在以上学习步骤中,(8)、(9)步为网络误差的“逆传播过程”,(10)、(11)步则用于完成训练和收敛过程。通常,经过训练的网络还应该进行性能测试。

测试的方法就是选择测试样本向量,将其提供给网络,检验网络对其分类的正确性。测试样本向量中应该包含今后网络应用过程中可能遇到的主要典型模式(宋大奇,2006)。

这些样本可以直接测取得到,也可以通过仿真得到,在样本数据较少或者较难得到时,也可以通过对学习样本加上适当的噪声或按照一定规则插值得到。

为了更好地验证网络的泛化能力,一个良好的测试样本集中不应该包含和学习样本完全相同的模式(董军,2007)。

bp神经网络训练完成以后,如何知道权重和偏差值具体都是多少?

BP神经网络如何自定义权重值?

 

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