神经网络算法(含感知器和BP)
bp使用方法
bp使用方法
BP（Back Propagation）是一种常用的神经网络训练算法，用于训练多层感知器（MLP）等神经网络。
以下是BP的用方法：
1.初始化神经网络：首先，需要初始化一个神经网络，包括输入层、隐藏层和输出层。
每个层包含一定数量的神经元，每个神经元都通过权重与其他神经元相连。
权重初始化为随机值。
2.前向传播：输入数据通过输入层进入神经网络，然后依次经过隐藏层和输出层，最终得到输出结果。
在前向传播过程中，每个神经元将输入值与其权重相乘，加上偏置项，然后通过激活函数得到输出值。
3.计算误差：根据实际标签和神经网络的输出结果，计算误差。
误差是实际标签与输出结果之间的差异，通常使用平方误差或交叉熵误差等函数计算。
4.反向传播：根据计算出的误差，通过反向传播算法更新神经网络的权重。
反向传播算法将误差从输出层逐层反向传播到输入层，并根据梯度下降法更新权重。
5.迭代训练：重复步骤2-4多次，直到神经网络的输出结果收敛或达到预设的训练轮数。
在每次迭代中，权重都会被更新以减小误差。
6.测试与预测：训练完成后，可以使用测试数据对神经网络进行测试或进行预测。
将测试数据输入神经网络，得到输出结果，并根据输出结果进行评估和比较。
BP算法是一种监督学习算法，需要使用已知标签的数据进行训练。
在训练过程中，需要注意选择合适的激活函数、学习率和迭代次数等参数，以获得最佳的训练效果。
同时，为了避免过拟合和欠拟合等问题，可以使用正则化、Dropout 等技术来优化神经网络的性能。
BP神经网络算法步骤
BP神经网络算法步骤
<br>一、概述
BP神经网络（Back Propagation Neural Network，BPNN）是一种经
典的人工神经网络，其发展始于上世纪80年代。
BP神经网络的原理是按
照误差反向传播算法，以及前馈神经网络的模型，利用反向传播方法来调
整网络各层的权值。
由于其具有自动学习和非线性特性，BP神经网络被
广泛应用在很多和人工智能、计算智能紧密相关的诸如计算机视觉、自然
语言处理、语音识别等领域。
<br>二、BP神经网络的结构
BP神经网络经常使用的是一种多层前馈结构，它可以由输入层，若
干隐藏层，以及输出层三部分组成。
其中，输入层是输入信号的正向传输
路径，将输入信号正向传送至隐藏层，在隐藏层中神经元以其中一种复杂
模式对输入信号进行处理，并将其正向传送至输出层，在输出层中将获得
的输出信号和设定的模式进行比较，以获得预期的输出结果。
<br>三、BP神经网络的学习过程
BP神经网络的学习过程包括正向传播和反向传播两个阶段。
其中，
正向传播是指从输入层到隐藏层和输出层，利用现有的训练数据，根据神
经网络结构，计算出网络每一层上各结点的的激活值，从而得到输出结果。
正向传播的过程是完全可以确定的。
BP神经网络算法
BP神经网络算法一、算法原理在BP神经网络中，每个神经元都与上一层的所有神经元以及下一层的所有神经元相连。
每个连接都有一个权重，表示信息传递的强度或权重。
算法流程:1.初始化权重和阈值：通过随机初始化权重和阈值，为网络赋予初值。
2.前向传播：从输入层开始，通过激活函数计算每个神经元的输出值，并将输出传递到下一层。
重复该过程，直到达到输出层。
3.计算误差：将输出层的输出值与期望输出进行比较，计算输出误差。
4.反向传播：根据误差反向传播，调整网络参数。
通过链式求导法则，计算每层的误差并更新对应的权重和阈值。
5.重复训练：不断重复前向传播和反向传播的过程，直到达到预设的训练次数或误差限度。
优缺点:1.优点：（1）非线性建模能力强：BP神经网络能够很好地处理非线性问题，具有较强的拟合能力。
（2）自适应性：网络参数可以在训练过程中自动调整，逐渐逼近期望输出。
（3）灵活性：可以通过调整网络结构和参数来适应不同的问题和任务。
（4）并行计算：网络中的神经元之间存在并行计算的特点，能够提高训练速度。
2.缺点：（1）容易陷入局部最优点：由于BP神经网络使用梯度下降算法进行权重调整，容易陷入局部最优点，导致模型精度不高。
（2）训练耗时：BP神经网络的训练过程需要大量的计算资源和耗时，特别是对于较大规模的网络和复杂的输入数据。
（3）需要大量样本：BP神经网络对于训练样本的要求较高，需要足够多的训练样本以避免过拟合或欠拟合的情况。
三、应用领域1.模式识别：BP神经网络可以用于图像识别、手写字符识别、语音识别等方面，具有优秀的分类能力。
2.预测与回归：BP神经网络可以应用于股票预测、销量预测、房价预测等问题，进行趋势预测和数据拟合。
3.控制系统：BP神经网络可以用于自适应控制、智能控制、机器人运动控制等方面，提高系统的稳定性和精度。
4.数据挖掘：BP神经网络可以应用于聚类分析、异常检测、关联规则挖掘等方面，发现数据中的隐藏信息和规律。
BP神经网络详细讲解
載师信号（期望输出信号）图1-7神经网络学习系统框图输入部接收外来的输入样本X,由训练部进行网络的权系数W调整，然后由输岀部输岀结果。
在这个过程中，期望的输出信号可以作为教师信号输入，由该教师信号与实际输出进行比较，产生的误差去控制修改权系数W学习机构可用图1—8所示的结构表示。
在图中，X，X2，…，X n，是输入样本信号，W，W，…，W是权系数。
输入样本信号X可以取离散值0”或1”输入样本信号通过权系数作用，在u产生输岀结果口WX，即有：u=B/VX =WX i +WX2 + …+WX n再把期望输岀信号丫(t)和u进行比较，从而产生误差信号e。
即权值调整机构根据误差e去对学习系统的权系数进行修改，修改方向应使误差e变小，不断进行下去，使到误差e为零，这时实际输出值u和期望输出值丫(t)完全一样，则学习过程结束。
期望辑出y图学可机构神经网络的学习一般需要多次重复训练，使误差值逐渐向零趋近，最后到达零。
则这时才会使输岀与期望一致。
故而神经网络的学习是消耗一定时期的，有的学习过程要重复很多次，甚至达万次级。
原因在于神经网络的权系数W有很多分量W，W，----W n ；也即是一个多参数修改系统。
系统的参数的调整就必定耗时耗量。
目前，提高神经网络的学习速度，减少学习重复次数是十分重要的研究课题，也是实时控制中的关键问题。
、感知器的学习算法感知器是有单层计算单元的神经网络，由线性元件及阀值元件组成。
感知器如图感知器的数学模型:v=f[加讯-e] (1-12)其中：f[.]是阶跃函数，并且有pl 2二主W凶-0工01 —1>u=SW i X^-0<O“1(1-13)9是阀值。
感知器的最大作用就是可以对输入的样本分类，故它可作分类器，感知器对输入信号的分类如下:卩，A类Y = * —B 类(1-14)1-9所示。
f [sw iX£-O]1时，输入样本称为A类；输岀为-1时，输入样本称为B类。
神经网络介绍
神经网络简介神经网络简介：人工神经网络是以工程技术手段来模拟人脑神经元网络的结构和特征的系统。
利用人工神经网络可以构成各种不同拓扑结构的神经网络，他是生物神经网络的一种模拟和近似。
神经网络的主要连接形式主要有前馈型和反馈型神经网络。
常用的前馈型有感知器神经网络、BP 神经网络，常用的反馈型有Hopfield 网络。
这里介绍BP （Back Propagation ）神经网络，即误差反向传播算法。
原理：BP （Back Propagation ）网络是一种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。
BP 神经网络模型拓扑结构包括输入层（input ）、隐层(hide layer)和输出层(output layer)，其中隐层可以是一层也可以是多层。
图：三层神经网络结构图（一个隐层）任何从输入到输出的连续映射函数都可以用一个三层的非线性网络实现 BP 算法由数据流的前向计算（正向传播）和误差信号的反向传播两个过程构成。
正向传播时，传播方向为输入层→隐层→输出层，每层神经元的状态只影响下一层神经元。
若在输出层得不到期望的输出，则转向误差信号的反向传播流程。
通过这两个过程的交替进行，在权向量空间执行误差函数梯度下降策略，动态迭代搜索一组权向量，使网络误差函数达到最小值，从而完成信息提取和记忆过程。
单个神经元的计算：设12,...ni x x x 分别代表来自神经元1,2...ni 的输入；12,...i i ini w w w 则分别表示神经元1,2...ni 与下一层第j 个神经元的连接强度，即权值；j b 为阈值；()f ∙为传递函数；j y 为第j 个神经元的输出。
若记001,j j x w b ==，于是节点j 的净输入j S 可表示为：0*nij ij i i S w x ==∑；净输入j S 通过激活函数()f ∙后，便得到第j 个神经元的输出:0()(*),nij j ij i i y f S f w x ===∑激活函数：激活函数()f ∙是单调上升可微函数，除输出层激活函数外，其他层激活函数必须是有界函数，必有一最大值。
bp算法原理
bp算法原理BP算法原理BP算法是神经网络中应用最广泛的一种学习算法，它的全称是“反向传播算法”，用于训练多层前馈神经网络。
BP算法基于误差反向传播原理，即先通过前向传播计算网络输出值，再通过反向传播来调整各个神经元的权重，使误差函数最小化。
BP算法的步骤如下：1. 初始化：随机初始化网络每个神经元的权重，包括输入层、隐藏层和输出层的神经元的权重。
2. 前向传播：将训练样本输送到输入层，通过乘积和运算得到每个隐藏层神经元的输出，再通过激活函数得到隐藏层神经元的实际输出值。
然后，将隐藏层的输出值输送到输出层，按照同样的方法计算输出层神经元的输出值。
3. 反向传播：通过误差函数计算输出层神经元的误差值，然后反向传播计算隐藏层神经元的误差值。
4. 权值调整：按照梯度下降法，计算误差对每个神经元的权重的偏导数，根据偏导数的大小来调整各个神经元的权重，使误差逐渐减小。
5. 重复步骤2~4，直到误差小到一定程度或者训练次数达到预定值。
其中，误差函数可以选择MSE（Mean Squared Error）函数，也可以选择交叉熵函数等其他函数，不同的函数对应不同的优化目标。
BP算法原理的理解需要理解以下几个方面：1. 神经元的输入和输出：神经元的输入是由上一层神经元的输出和它们之间的权重乘积的和，加上神经元的偏置值（常数）。
神经元的输出是通过激活函数把输入值转化为输出值。
2. 前向传播和反向传播：前向传播是按照输入层到输出层的顺序计算神经元的输出值。
反向传播是一种误差反向传播的过程，它把误差从输出层往回传递，计算出每个神经元的误差，然后调整各个神经元的权重来使误差逐渐减小。
3. 梯度下降法：梯度下降法是一种优化算法，根据误差函数的梯度方向来寻找误差最小的点。
BP算法就是基于梯度下降法来优化误差函数的值，使神经网络的输出结果逼近实际值。
综上所述，BP算法是一种常用的神经网络学习算法，它利用前向传播和反向传播的过程来调整神经元的权重，不断优化误差函数的值，从而使神经网络的输出结果更加准确。
神经网络——BP算法
BP算法的学习过程由
正向传播和反向传播组成
BP算法是由两部分组成：信息 的正向传递与误差的反向传播。
在正向传播过程中，输入信息 从输入经隐含层逐层计算传向输 出层，每一层神经元的状态只影 响下一层神经元的状态。
如果在输出层没有得到期望
的输出，则计算输出层的误 差变化值，然后转向反向传 播，通过网络将误差信号沿 原来的连接通路反传回来修 改各层神经元的权值直至达 到期望目标。
第7 章 7.2
典型神经网络--BP
反向传播网络
Back—Propagation Network， 由于其权值的调整采用反向传播 （Backpropagation）的学习算法， 因此被称为BP网络。
BP网络
是一种单向传播的多层前向网络 其神经元的变换函数是S型函数，
因此输出量为0到1之间的连续量 它可以对非线性可微分函数进行 权值训练，从而实现输入到输出 的任意的非线性映射。
隐层输入：
xj
i
ij
xi
隐层输出采用S函数
x
'
j
1 f x j x j 1 e
yn k j 2 x j
' j
输出层输出
j 2 k 1 j 2 k j 2 j 2 k j 2 k 1
BP网络用途 1) 函数逼近：用输入矢量和相应的输出矢 量训练一个网络逼近—个函数； 2) 模式识别：用一个特定的输出矢量将它 与输入矢量联系起来； 3) 分类：把输入矢量以所定义的合适方式 进行分类； 4)数据压缩：减少输出矢量维数以便于传 输或存储。
BP网络的逼近
用于逼近的BP网络
前向传播：计算网络输出
3. 只有当希望对网络的输出 进行限制，如限制在0和1之 间，那么在输出层应当包含S 型激活函数，在一般情况下， 均是在隐含层采用S型激活函 数，而输出层采用线性激活 函数。
BP神经网络算法
1
目
录
一、BP神经网络算法概述
二、BP神经网络算法原理
三、BP神经网络算法特点及改进
2
一．BP神经网络算法概述
BP神经网络（Back-Propagation Neural Network），即误差
后向传播神经网络，是一种按误差逆向传播算法训练的多层前馈网
络，是目前应用最广泛的网络模型之一。
11
二．BP神经网络算法原理
图5 Tan-Sigmoid函数在（-4,4）范围内的函数曲线
12
二．BP神经网络算法原理
激活函数性质：
① 非线性
② 可导性：神经网络的优化是基于梯度的，求解梯度需要确保函
数可导。
③ 单调性：激活函数是单调的，否则不能保证神经网络抽象的优
化问题转化为凸优化问题。
④ 输出范围有限：激活函数的输出值范围有限时，基于梯度的方
= 1
=1
7
,
= 1,2,3 … , q
二．BP神经网络算法原理
输出层节点的输出为：
j = 2 ,
= 1,2,3. . . ,
=1
至此，BP网络完成了n维空间向量对m维空间的近似映射。
图2 三层神经网络的拓扑结构
8
二．BP神经网络算法原理
BP神经网络是多层前馈型神经网络中的一种，属于人工神经网
络的一类，理论可以对任何一种非线性输入输出关系进行模仿，因
此 被 广 泛 应 用 在 分 类 识 别 （ classification ） 、 回 归
（regression）、压缩（compression）、逼近（fitting）等领域。
在工程应用中，大约80%的神经网络模型都选择采用BP神经网
人工神经网络多层前向网络及BP学习算法
y1
x1
x2
y2
xm
yp
xM
yP
i (1,2, , I ) j (1,2, , J )
神经元旳输入用u表达，鼓励输出用v表达，u, v旳上
标表达层，下标表达层中旳某个神经元，如
u
I i
表达I
层（即第1隐层）旳第i个神经元旳输入。设全部旳
神经元旳鼓励函数均用Sigmoid函数。设训练样本集
为X=[X1,X2,…,Xk，…,XN]，相应任一训练样本: Xk= [xk1,xk2,…, kM]T，（k=1,2,…,N）旳实际输出为: Yk= [yk1, yk2,…,ykP]T，期望输出为dk= [dk1,dk2,…, dkP]T。 设n为迭代次数，权值和实际输出是n旳函数。
E(n) wij(n)
E(n) uJj (n)
uJj (n) wij(n)
E(n) uJj (n)
viI
(n)
设局部梯度为：
J j
(n)
E(n) uJj (n)
E(n) vJj (n) vJj (n) uJj (n)
vJj uJj
(n) (n)
f
'
(uJj
(n))
E(n)
1 2
P
ek2p(n)
p1
E(n)
vJj (n)
pP1ekp(n)evkJjp((nn))
pP1ekp(n)eukpPp((nn))uvJpP j ((nn))
e k( n p ) d k( n p ) y k( n p ) d k( n p ) f( u p P ( n ))
ekp(n) upP(n)
f
'
(upP(n))
神经网络的类型
概述本文主要介绍了当前常用的神经网络，这些神经网络主要有哪些用途，以及各种神经网络的优点和局限性。
1 BP神经网络BP (Back Propagation)神经网络是一种神经网络学习算法。
其由输入层、中间层、输出层组成的阶层型神经网络，中间层可扩展为多层。
相邻层之间各神经元进行全连接，而每层各神经元之间无连接，网络按有教师示教的方式进行学习，当一对学习模式提供给网络后，各神经元获得网络的输入响应产生连接权值（Weight）。
然后按减小希望输出与实际输出误差的方向，从输出层经各中间层逐层修正各连接权，回到输入层。
此过程反复交替进行，直至网络的全局误差趋向给定的极小值，即完成学习的过程。
初始权值阈值的确定：所以权值及阈值的初始值应选为均匀分布的小数经验值，约为（-2.4/F~2.4/F）之间，其中F 为所连单元的输入层节点数1.1 主要功能（1）函数逼近：用输入向量和相应的输出向量训练一个网络以逼近一个函数。
（2）模式识别：用一个待定的输出向量将它与输入向量联系起来。
（3）分类：把输入向量所定义的合适方式进行分类。
（4）数据压缩：减少输出向量维数以便传输或存储。
1.2 优点及其局限性BP神经网络最主要的优点是具有极强的非线性映射能力。
理论上，对于一个三层和三层以上的BP网络，只要隐层神经元数目足够多，该网络就能以任意精度逼近一个非线性函数。
其次，BP神经网络具有对外界刺激和输入信息进行联想记忆的能力。
这是因为它采用了分布并行的信息处理方式，对信息的提取必须采用联想的方式，才能将相关神经元全部调动起来。
BP 神经网络通过预先存储信息和学习机制进行自适应训练，可以从不完整的信息和噪声干扰中恢复原始的完整信息。
这种能力使其在图像复原、语言处理、模式识别等方面具有重要应用。
再次，BP 神经网络对外界输入样本有很强的识别与分类能力。
由于它具有强大的非线性处理能力，因此可以较好地进行非线性分类, 解决了神经网络发展史上的非线性分类难题。
BP算法的基本原理
BP算法的基本原理BP算法，全称为反向传播算法（Back Propagation），是一种用于训练人工神经网络的常用算法。
它基于梯度下降的思想，通过不断地调整网络中的权值和偏置来最小化预测值与实际值之间的误差。
在前向传播阶段，输入数据通过网络的各个层，产生输出结果。
首先，每个输入特征通过输入层的神经元传递，并在隐藏层中进行加权求和。
在隐藏层中，每个神经元根据激活函数的结果计算输出值，然后传递给下一层的神经元。
最后，输出层的神经元根据激活函数的结果计算输出结果，并与实际值进行比较。
在反向传播阶段，误差被反向传播回网络中的每个神经元，从而计算每个权值和偏置的梯度，以便调整它们的值。
首先，计算输出层误差，即预测值与实际值之间的差异。
然后，将输出层误差反向传播到隐藏层和输入层，计算每个神经元的误差。
最后，根据误差和激活函数的导数，计算每个权值和偏置的梯度。
通过计算梯度，可以根据梯度下降的思想，按照一定的学习率调整每个权值和偏置的值。
学习率决定了每次调整的幅度，通常设置为一个小的正数。
在调整过程中，权值和偏置会根据梯度的方向逐渐减小误差，直到达到最小化误差的目标。
总结起来，BP算法的基本原理可以归纳为以下几个步骤：1.初始化网络的权值和偏置。
2.前向传播：输入数据通过网络的各个层，产生输出结果。
3.计算输出层误差：根据预测值和实际值之间的差异，计算输出层的误差。
4.反向传播：将输出层误差反向传播到隐藏层和输入层，并计算每个神经元的误差。
5.计算梯度：根据误差和激活函数的导数，计算每个权值和偏置的梯度。
6.根据梯度下降的思想，按照一定的学习率调整每个权值和偏置的值。
7.重复步骤2~6，直到达到最小化误差的目标。
需要注意的是，BP算法可能会面临一些问题，例如局部极小值和过拟合等。
为了解决这些问题，可以采用一些改进的技术，例如随机梯度下降、正则化等方法。
总之，BP算法是一种通过调整权值和偏置来训练人工神经网络的常用算法。
BP神经网络算法步骤
BP神经网络算法步骤
1.初始化神经网络参数
-设置网络的输入层、隐藏层和输出层的神经元数目。
-初始化权重和偏置参数，通常使用随机小值进行初始化。
2.前向传播计算输出
-将输入样本数据传入输入层神经元。
-根据权重和偏置参数，计算隐藏层和输出层神经元的输出。
- 使用激活函数（如Sigmoid函数）将输出映射到0到1之间。
3.计算误差
4.反向传播更新权重和偏置
-根据误差函数的值，逆向计算梯度，并将梯度传播回网络中。
-使用链式法则计算隐藏层和输出层的梯度。
-根据梯度和学习率参数，更新权重和偏置值。
5.重复迭代训练
-重复执行2-4步，直到网络输出误差满足预定的停止条件。
-在每次迭代中，使用不同的训练样本对网络进行训练，以提高泛化性能。
-可以设置训练轮数和学习率等参数来控制训练过程。
6.测试和应用网络
-使用测试集或新样本对训练好的网络进行测试。
-将测试样本输入网络，获取网络的输出结果。
-根据输出结果进行分类、回归等任务，评估网络的性能。
7.对网络进行优化
-根据网络在训练和测试中的性能，调整网络的结构和参数。
-可以增加隐藏层的数目，改变激活函数，调整学习率等参数，以提高网络的性能。
以上是BP神经网络算法的基本步骤。
在实际应用中，还可以对算法进行改进和扩展，如引入正则化技术、批量更新权重等。
同时，数据的预处理和特征选择也对网络的性能有着重要的影响。
在使用BP神经网络算法时，需要根据实际问题对网络参数和训练策略进行适当调整，以获得更好的结果。
bp算法流程
bp算法流程BP算法流程。
BP（Back Propagation）算法是一种常用的神经网络训练算法，它通过不断地调整神经网络的权重和偏置来最小化神经网络的输出与实际值之间的误差，从而使神经网络能够更好地完成特定的任务。
下面将详细介绍BP算法的流程。
1. 初始化神经网络。
首先，我们需要初始化神经网络的结构，包括输入层、隐藏层和输出层的神经元数量，以及它们之间的连接权重和偏置。
通常情况下，这些参数可以随机初始化，然后通过BP算法来不断调整以适应具体的任务。
2. 前向传播。
在前向传播过程中，输入样本会经过输入层，通过隐藏层逐层传播至输出层，最终得到神经网络的输出结果。
在每一层中，神经元会根据输入和当前的权重、偏置计算出输出，并将输出传递给下一层的神经元。
整个过程可以用数学公式表示为：\[a^l = \sigma(w^la^{l-1} + b^l)\]其中，\(a^l\)表示第l层的输出，\(\sigma\)表示激活函数，\(w^l\)和\(b^l\)分别表示第l层的权重和偏置，\(a^{l-1}\)表示上一层的输出。
3. 计算误差。
在前向传播过程中，我们得到了神经网络的输出结果，接下来需要计算输出结果与实际值之间的误差。
通常情况下，我们会使用均方误差（MSE）来衡量输出结果与实际值之间的差异。
\[E = \frac{1}{2}\sum_{i=1}^{n}(y_i o_i)^2\]其中，\(E\)表示总误差，\(n\)表示样本数量，\(y_i\)表示第i个样本的实际值，\(o_i\)表示第i个样本的输出值。
4. 反向传播。
在反向传播过程中，我们需要根据误差来调整神经网络的权重和偏置，以减小误差。
这一过程可以通过梯度下降法来实现，即沿着误差下降最快的方向调整参数。
\[w^l \leftarrow w^l \eta\frac{\partial E}{\partialw^l}\]\[b^l \leftarrow b^l \eta\frac{\partial E}{\partialb^l}\]其中，\(\eta\)表示学习率，\(\frac{\partial E}{\partial w^l}\)和\(\frac{\partial E}{\partial b^l}\)分别表示误差对权重和偏置的偏导数。
神经网络算法
神经网络算法神经网络算法是一种模拟人类神经系统运行的计算模型。
它由大量简单的神经元单元组成，通过相互连接来模拟信息传递和处理。
神经网络算法在模式识别、数据挖掘、图像处理等领域有着广泛的应用。
本文将介绍神经网络算法的基本原理、常见的神经网络结构以及在各个领域的应用案例。
一、神经网络算法的基本原理神经网络算法基于人工神经元的概念，通过模拟神经元之间的连接和信息传递来实现数据处理和决策。
神经网络算法的核心原理可以总结为以下几点：1. 激活函数：神经元单元通过激活函数将输入信号转换为输出信号。
常见的激活函数有sigmoid函数、ReLU函数等。
2. 权重和偏置：神经元单元之间的连接强度由权重来表示，而偏置则可以调整整个神经网络的激活水平。
3. 反向传播：通过误差的反向传播，神经网络可以不断调整权重和偏置，最小化预测输出与目标输出之间的差距。
二、常见的神经网络结构神经网络算法有多种不同的结构，根据问题的特点和数据的性质，选择合适的结构可以提高模型的性能。
下面介绍几种常见的神经网络结构：1. 前馈神经网络（Feedforward Neural Network）：由输入层、隐藏层和输出层组成，信号只能从输入层流向输出层，没有反馈连接。
前馈神经网络适用于各类分类和回归问题。
2. 卷积神经网络（Convolutional Neural Network）：主要用于图像处理和计算机视觉任务，通过卷积层、池化层和全连接层来提取和学习图像的特征。
3. 循环神经网络（Recurrent Neural Network）：通过引入循环连接来建立内部记忆单元，可以处理序列数据和时间序列数据，适用于语言模型、机器翻译等领域。
4. 长短时记忆网络（Long Short-Term Memory Network）：是一种特殊的循环神经网络，通过门控机制解决了传统循环神经网络中梯度消失和梯度爆炸的问题，可以更好地捕捉长期依赖关系。
三、神经网络算法的应用案例神经网络算法在各个领域都有广泛的应用，下面列举几个经典的案例：1. 图像分类：通过卷积神经网络处理图像数据，可以进行准确的图片分类和识别，例如人脸识别、猫狗识别等。
BP算法程序实现
BP算法程序实现BP算法（Back Propagation Algorithm，即反向传播算法）是一种用于训练神经网络的常用算法。
它的基本思想是通过不断地调整神经元之间的连接权值，使得网络的输出接近于期望的输出。
在实现BP算法时，需要进行以下几个步骤：1.初始化参数：首先，需要初始化神经网络的权值和偏置，通常可以使用随机的小数来初始化。
同时，需要设置好网络的学习率和最大迭代次数。
2.前向传播：通过前向传播过程，将输入数据输入到神经网络中，并计算出每个神经元的输出。
具体来说，对于第一层的神经元，它们的输出即为输入数据。
对于后续的层，可以使用如下公式计算输出：a[i] = sigmoid(z[i])其中，a[i]表示第i层的输出，z[i]为第i层的输入加权和，sigmoid为激活函数。
3.计算误差：根据网络的输出和期望的输出，可以计算出网络的误差。
一般来说，可以使用均方差作为误差的度量指标。
loss = 1/(2 * n) * Σ(y - a)^2其中，n为训练样本的数量，y为期望输出，a为网络的实际输出。
4.反向传播：通过反向传播算法，将误差从输出层向输入层逐层传播，更新权值和偏置。
具体来说，需要计算每一层神经元的误差，并使用如下公式更新权值和偏置：delta[i] = delta[i+1] * W[i+1]' * sigmoid_derivative(z[i])W[i] = W[i] + learning_rate * delta[i] * a[i-1]'b[i] = b[i] + learning_rate * delta[i]其中，delta[i]为第i层的误差，W[i]为第i层与i+1层之间的权值，b[i]为第i层的偏置，learning_rate为学习率，sigmoid_derivative为sigmoid函数的导数。
5.迭代更新：根据步骤4中的更新公式，不断迭代调整权值和偏置，直到达到最大迭代次数或误差小于一些阈值。
阐述bp神经网络的原理
阐述bp神经网络的原理
BP神经网络全称为反向传播神经网络，是一种常用的人工神经网络模型。
其原理基于两个基本思想：前向传播和反向误差传播。
前向传播：BP神经网络是一个多层感知器，由输入层、隐藏层和输出层组成。
输入层接收外部输入的数据，隐藏层负责处理输入，并传递给输出层，输出层根据处理结果生成输出。
隐藏层和输出层的每个神经元都有一个权重向量，用于对输入数据进行线性组合。
然后，通过激活函数对线性组合结果进行非线性变换，得到该神经元的输出。
隐藏层和输出层的每个神经元的输出都会作为下一层神经元的输入。
反向误差传播：当神经网络的输出与期望输出之间存在差异时，需要通过反向传播算法来调整权重，以减小这个误差。
算法的基本思想是将误差从输出层向隐藏层逐层传递，通过调整每个神经元的权重，最终使得网络的输出与期望输出尽可能接近。
具体实现时，首先计算输出层的误差，然后根据误差调整输出层的权重。
接下来，将误差反向传播到隐藏层，再根据误差调整隐藏层的权重。
这个过程会不断迭代，直到网络的输出与期望输出的误差足够小。
通过反向误差传播算法，BP神经网络可以学习到输入-输出的映射关系，从而能
够对未知输入进行预测或分类。
然而，BP神经网络也存在一些问题，例如容易陷入局部极小值、对初始权重较敏感等，因此在实际应用中需要进行一定的调优和训练策略。
BP神经网络算法步骤
BP神经网络算法步骤1.初始化网络参数：首先，需要确定网络的架构，包括输入层、输出层和隐藏层的数量和节点数。
然后，通过随机选取初始权重和阈值来初始化网络参数，这些参数将用于每个节点的计算。
2.前向传播计算：对于每个输入样本，将其输入到网络中，通过计算每个节点的输出来实现前向传播。
每个节点的输入是上一层节点的输出，通过加权求和并使用激活函数得到节点的输出。
3.计算误差：对于每个输出节点，将其输出与实际的目标值进行比较，得到误差。
通常使用均方误差函数来计算误差。
4.反向传播调整权重：根据误差大小来调整网络的权重和阈值。
先从输出层开始计算误差梯度，并根据梯度下降算法调整输出层的权重和阈值。
然后，逐层向前计算误差梯度并调整隐藏层的权重和阈值，直到达到输入层。
5.更新参数：根据反向传播计算得到的梯度更新网络的参数。
通常使用梯度下降法来更新权重和阈值。
梯度下降法根据每个参数的梯度进行参数更新，以使误差最小化。
6.重复迭代：通过多次重复迭代步骤2到步骤5，持续调整网络参数，使得网络能够逐渐学习和逼近目标函数。
每次迭代都会计算新的误差和梯度，并根据梯度下降法更新参数。
7.终止条件：迭代过程应设置一个终止条件，通常是达到一定的最大迭代次数或者误差的变化小到一定程度时停止。
8.测试网络性能：使用测试数据集对训练好的网络进行性能评估。
将测试数据输入网络中，通过前向传播计算输出结果，并与实际结果进行比较，计算准确率或其他性能指标。
以上就是BP神经网络算法的基本步骤。
这个算法能够通过不断的反向传播和参数更新，使得网络能够学习和逼近非线性函数，是一种非常常用的神经网络算法。
BP 神经网络
二、BP神经网络的结构
BP神经网络采用误差反向传播算法 （Back-Propagation Algorithm）进 行学习。在BP网络中，数据从输入 层经隐含层逐层向后传播，训练网络 权值时，则沿着减少误差的方向，从 输出层经过中间各层逐层向前修正网 络的连接权值。
达数万次迭代。根据网络的大小，训练过程可能需要主机时间几个到几十个小
时。 (2)需大量训练数据：人工神经网络在很大程度上取决于训练时关于问题的输
入-输出数据，若只有少量输入-输出数据，一般不考虑使用人工神经网络。
(3)不能保证最佳结果：反向传播是调整网络的一个富有创造性的方法，但它 并不能保证网络能恰当地工作。训练可能导致网络发生偏离，使之在一些操作 区域内结果准确，而在其他区域则不准确。此外，在训练过程中，有可能偶尔 陷入“局部最小”。
够在训练过程中自动调节步长。
当误差以减小的方式趋于目标时，说明正方向是正确的，可以增加学习率； 当误差增加超过一定范围时，说明前一步修正进行的不正确，应减小步长，并 撤销前一步修正过程。
六、BP神经网络的优化
3.数据的归一化处理 BP神经网络在训练前对数据进行归一化处理，隐含层的数量通常不宜过多， 虽然将数据映射到更小的数据区间，有效提高学习速度。
2 1 m （3）网络关于第p个样本的误差： Ep d pj Ypj 2 j 1
（4） 网络关于整个样本集的误差：
E Ep
p
三、BP神经网络的学习算法 2.误差传播分析：
Ⅰ 输出层权的调整 ANp wpq ∆wpq 第L-1层 wpq= wpq+∆wpq 反向传播时，把误差信号按照原来正向传播的通路反向传回，并对每个神 经元的权数进行修改，以望误差信号趋向最小。 权值调整量=学习率*局部梯度*上一层信号输出 第L层 ANq
BP神经网络教程文件
将可能的无线域变换到指定的有限范围输出。
单调增函数，通常为"非线性函数"
网络输入 net W x n i xi
i 1
--神经元的输入兴奋总量是多个输入的代数和
其中
输出 y f (net)
- -单输出(标量)
--执行该神经元所获得的网络输入的变换
(1) 基本的人工神经元模型
O
l j
O
l j
神经元之间的连接强度可以随训练改变 学习、遗忘、疲劳 ----神经网络中各神经元之间连接的强弱，按外部的 激励信号做自适应变化
➢ 兴奋与抑制 信号可以起兴奋作用，也可以起抑制作用 一个神经元接受信号的累积效果（综合大小，代
数和）决定该神经元的状态(兴奋、抑制) 每个神经元可以有一个“阈值”
2. 人工神经网络与人工神经元
神经网络的计算通过网络结构实现； 不同网络结构可以体现各种不同的功能； 网络结构的参数是通过学习逐渐修正的。
(1)基本的人工神经元模型
McCulloch-Pitts神经元模型 输入信号；链接强度与权向量； 信号累积 激活与抑制
人工神经元模型的三要素 :
一组连接 一个加法器 一个激励函数
连接权值，突触连接强度
权值 权值
0，激活 0，抑制
输入信号关于神经元突触的线性加权
将神经元的输出信号限制在有限范围内
输入信号
n维输入向量x = x1,..., xn T
x是来自其它n个神经元的输出； 也可以是来自外部的输入信号
权向量
n维权向量W = 1,...,n T ,i R
相当于突触的连接强度。
传递函数 转移函数,激励 激活函数
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∑
b1
n1
a1
∑
n2 a2 b1
n
a2
∑
b2
a1 f1 (w1 p b1 ),
a2 f 2 (w2a1 b2 )
注意：单层感知器的局限性是：仅对线性可分问题 具有分类能力。
性能指标：均方误差达到最小
F (w, b) E(t a) min
思考： 究竟误差有 多大？
4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 -0.5 0 2 4 6 8 10
修改程序：
P = [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10]; T = [0 1 2 3 4 3 2 1 2 3 4]; net = newff([0 10],[5 1],{'tansig' 'purelin'}); net.trainparam.show=50; %每次循环50次 net.trainParam.epochs = 500; %最大循环500次 net.trainparam.goal=0.01; %期望目标误差最小值 net = train(net,P,T); %对网络进行反复训练 Y = sim(net,P) figure % 打开另外一个图形窗口 plot(P,T,P,Y,'o')
第二种情况的输出结果：
Y = 0.0005 1.0026 1.9947 3.0134 3.9429 3.1211 1.8482 1.1755 1.8568 3.1150 3.9595
4 3.5
Training-Blue Goal-Black
10
1
Performance is 0.00975742, Goal is 0.01
2
涉及算法
分类问题的MATLAB软件实现
1）单层感知器 以蠓虫分类问题为例
% 输入向量 P=[1.24 1.36 1.38 1.38 1.38 1.4 1.48 1.54 1.56 1.14 1.18 1.2 1.26 1.28 1.3; 1.72 1.74 1.64 1.82 1.9 1.7 1.82 1.82 2.08 1.78 1.96 1.86 2.0 2.0 1.96]; % 目标向量 Vectors to be Classified T=[1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0]; 2.3 2.2 % 绘制输入向量 2.1 plotpv(P,T);
MATLAB中有关BP网络的重要函数
例如： net=newff([0 20;0 16;0 12;0 1ig' 'purelin'},'traingdx');
输入层5维向量的 取值范围 三层神经网络结构：
中间层为5
输出层为1
训练函数
1、转移函数： （1）purelin —— 线性传递函数； （2）tansig —— 双曲正切S型（sigmoid）传递函数； （3）logsig —— 对数S型（sigmoid）传递函数；
对隐层
yk = f (netj) , netj = ∑i=0:nvijxi ,
j = 1,2,…,m,
(s型函数）
传递函数一般用：f (x) = 1/ (1+exp(-x))
误差函数： Eh = 0.5*(∑j=0:l(thj-ohj)2) , thj, ohj分别为期望输出和网络的实际输出。
MATLAB中有关BP网络的重要函数
注意：数据预处理
如果对神经网络的输入、输出数据进行一定的预处 理，可以加快网络的训练速度。有三种方法： 1）归一化 将每组数据都变为-1至1之间的数， matlab中有函数：premnmx,postmnmx,tramnmx 算法： pn = 2*(p-minp)/(maxp-minp) - 1; 2）标准化 将每组数据变换为均值为0，方差为1的 数，所涉及的函数有：prestd,posttd,trastd 3) 正交化 主成分分析也可以将数据进行正交处理， 减少输入数据的处理，函数有：prepca,trapca.
（1）
e x e x tansig( x) x x e e
（2）
（3）
logsig( x)
1 1 e x
2、训练函数：
trainlm —— Levenberg-Marquardt的BP算法训练函数； trainbfg —— BFGS拟牛顿BP算法训练函数； trainrp —— 具有弹性的BP算法训练； traingd —— 梯度下降是BP算法训练; traingda —— 梯度下降自适应lr的BP算法训练； traingdm —— 梯度下降动量的BP算法训练； traingdx —— 梯度下降动量和自适应lr的BP算法训练；
分类问题的MATLAB软件实现
% 利用训练好的感知器对未知类别样本进行分类 p=[1.24,1.28,1.4;1.8,1.84,2.04]; a=sim(net,p); plotpv(p,a);
2.3 2.2 2.1 2
分类结果：
Vectors to be Classified
ThePoint=findobj(gca,'type','line');
主讲：何仁斌
实际应用问题
1、蠓虫的分类问题 2、DNA序列分类问题 3、癌症诊断问题
……
神经网络算法简介
• 感知器 感知器(perceptron)是由美国科学家 F.Rosenblatt于1957年提出的，其目的是为 了模拟人脑的感知和学习能力。感知器是最 早提出的一种神经网络模型。它特别适合于 简单的模式分类问题，如线性可分的形式。
2
P(2)
p(1) w(1,1)
1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1 1.2 1.4 P(1) 1.6 1.8
∑
p(2) w(1,2) b
n
a
分类问题的MATLAB软件实现
% 建立一个感知器 net=newp([0 3;0 3],1); % 绘制输入向量
Vectors to be Classified 2.3 2.2 2.1 2
例： P = [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10];%输入向量 T = [0 1 2 3 4 3 2 1 2 3 4];%期望输出 %创建两层的BP网络：
net = newff ( [0 10], [5 1], {'tansig', 'purelin'} ); Y = sim(net,P); %输出仿真结果 plot(P,T,P,Y,‘o’) %作图，未经过训练的结果
1.6
1.8
Af
以上结果是图形化的结果，如下给出数值化 的结果：mcfl1.m
P=[1.24 1.36 1.38 1.38 1.38 1.4 1.48 1.54 1.56 1.14 1.18 1.2 1.26 1.28 1.3; 1.72 1.74 1.64 1.82 1.9 1.7 1.82 1.82 2.08 1.78 1.96 1.86 2.0 2.0 1.96]; % 目标向量 T=[1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0]; % 建立一个感知器 net=newp([0 3;0 3],1); % 网络训练次数 net.adaptParam.passes=100 net=adapt(net,P,T); %返回自适应的神经网络 % 输出仿真结果 Y=sim(net,P) % 利用训练好的感知器进行分类 p=[1.24,1.28,1.4;1.8,1.84,2.04]; a=sim(net,p)
神经网络算法简介
• 单层感知器
以两个输入的单层感知器神经元为例
p(1) w(1,1)
∑
p(2) w(1,2) b
n
a
wp+b>0 a=1
L
w ——权重; b ——阈值 如果设 w(1,1)=-1,w(1,2)=2,b=1
-b/ w(1,1) -b/ w(1,2) wp+b<0
a=0
• 多层感知器
仿真结果：
Y=
Columns 1 through 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0
Columns 12 through 15 0 0 0 0
a= 1 1 1
准确率达到100%。
• BP网络(Back-Propagation Network) 目前，在人工神经网络的实际应用中，决 大部分的神经网络模型是采用BP网络和它的变 化形式。BP网络主要用于：
或
net.trainParam.epochs = 50; net = train(net,P,T); Y = sim(net,P); plot(P,T,P,Y,‘o’) %作图 训练后的结果
第一种情况的输出结果：
Y = -2.3431 -2.7532 -2.4510 -1.2784 -0.8590 -0.2981 0.2495 0.4811 1.0375 1.2268 1.4232 T = [0 1 2 3 4 3 2 1 2 3 4];
◆ ◆ ◆
函数逼近 模式识别 分类
◆
数据压缩
BP算法的基本思想：
学习过程由信号的正向传播与反向传播 两个过程组成。正向传播时，输入样本从输 入层传入，经各隐层逐层处理后，传向输出 层。若输出层的实际输出与期望输出（教师 信号）不符合时，则转入误差的反向传播阶 段。误差反传是将输出误差以某种形式通过 隐层向输入层逐层反传，并将误差分摊给各 层的所有单元，从而获得各层单元的误差信 号，此信号作为修正各单元权值的依据。
1、网络结构
o1 … ok … ol 输出层 隐层 输入层 x1 x2 … x … x i n-1 xn y1 W1 y2 Wk … Wl yj … ym