遗传算法训练的人工神经网络在下行LTE系统智能MIMO信道估计中的应用(IJCNIS-V6-N3-2)

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遗传算法与神经网络的结合方法与实例分析

遗传算法与神经网络的结合方法与实例分析

遗传算法与神经网络的结合方法与实例分析遗传算法和神经网络是两种不同的计算模型,它们在解决问题时具有各自的优势和局限性。

然而,通过将这两种方法结合起来,可以充分发挥它们的优点,提高问题解决的效率和准确性。

本文将探讨遗传算法与神经网络的结合方法,并通过实例分析展示其应用价值。

一、遗传算法和神经网络的简介1. 遗传算法遗传算法是一种模拟自然界进化过程的优化算法,通过模拟遗传、变异和选择等过程,逐步优化问题的解。

它适用于复杂的优化问题,具有全局搜索能力和并行处理能力。

2. 神经网络神经网络是一种模拟人脑神经系统的计算模型,通过神经元之间的连接和权重调整,实现对输入数据的模式识别和预测。

它适用于处理非线性问题,具有自适应性和学习能力。

二、遗传算法与神经网络的结合方法1. 遗传算法初始化神经网络权重在神经网络训练之前,通常需要对权重进行初始化。

传统的方法是随机初始化权重,但这种方法可能导致网络陷入局部最优解。

通过遗传算法初始化神经网络的权重,可以提高网络的初始状态,增加全局搜索的能力。

2. 遗传算法优化神经网络结构神经网络的结构包括神经元的数量、层数和连接方式等。

通过遗传算法的优化过程,可以调整神经网络的结构,使其更好地适应问题的特征。

例如,可以通过遗传算法选择合适的神经元数量和层数,以及确定神经元之间的连接方式,从而提高网络的性能。

3. 遗传算法选择神经网络的最优解在神经网络训练过程中,通常需要选择一个最优解作为最终结果。

遗传算法可以通过选择适应度函数来评估神经网络的性能,并选择表现最好的网络作为最优解。

这种方法可以避免由于局部最优解而导致的问题性能下降。

三、遗传算法与神经网络的实例分析以手写数字识别为例,展示遗传算法与神经网络的结合应用。

手写数字识别是一个典型的模式识别问题,神经网络可以通过学习大量的手写数字样本,实现对新样本的准确识别。

但是,神经网络的训练过程需要大量的计算资源和时间,而且容易陷入局部最优解。

人工神经网络的算法和应用

人工神经网络的算法和应用

人工神经网络的算法和应用人工神经网络是一种由多个节点和连接组成的计算模型,其灵感来自于生物神经网络。

与传统的机器学习模型相比,人工神经网络可以处理更加复杂的任务,并且能够进行自适应性的学习,从而实现高效的模式识别和数据分析。

在本文中,我们将探讨人工神经网络的算法和应用。

一、算法1.感知机算法感知机算法是最早的人工神经网络算法之一,它基于一种称为感知机的计算单元。

感知机可以被看作是多个独立的逻辑门,通过输入和输出之间的权重调整来实现逻辑运算。

感知机算法的缺点在于它只适用于线性可分问题。

如果数据不能被线性分割,那么感知机就无法解决这个问题。

因此,感知机主要用于二元分类和线性回归问题。

2.反向传播算法反向传播算法是一种基于梯度下降的优化算法。

它通过不断调整权重和偏置,使神经网络的预测结果更加接近于实际值。

反向传播算法的优点在于它可以处理非线性可分问题,并且具有更好的精度和收敛速度。

然而,反向传播算法也有一些缺点,例如容易收敛到局部最优解、容易受到梯度消失和爆炸等问题的影响。

3.长短时记忆(LSTM)算法LSTM算法是一种专门用于处理序列数据的神经网络算法。

它通过引入“门”机制来控制信息的流动,并且能够长时间记忆先前的信息。

LSTM算法在自然语言处理、语音识别、股价预测等领域得到了广泛应用。

二、应用1.图像识别图像识别是人工神经网络的一个重要应用领域。

通过训练神经网络模型,图像识别系统可以实现对于图片中物体和场景的识别和分类。

在医疗诊断、自动驾驶、安防等领域,图像识别技术已经得到了广泛应用。

2.自然语言处理自然语言处理是另一个重要的应用领域。

通过训练神经网络模型,自然语言处理系统可以实现对于自然语言的理解和生成。

自然语言处理技术在智能客服、智能翻译、信息提取、情感分析等方面得到了广泛应用。

3.股价预测股价预测是人工神经网络在金融领域的应用之一。

通过训练神经网络模型,股价预测系统可以实现对于股票价格的预测。

人工神经网络的原理和应用

人工神经网络的原理和应用

人工神经网络的原理和应用简介人工神经网络(Artificial Neural Network,简称ANN)是一种基于生物神经网络结构和功能的计算模型,它通过模拟神经元之间的相互连接和信息传递来实现智能化的任务处理。

本文将介绍人工神经网络的原理,包括神经元、权重及激活函数的概念,并探讨其在各领域中的应用。

人工神经网络的原理人工神经网络由神经元(Neuron)、权重(Weight)和激活函数(Activation Function)三个核心组件构成。

神经元神经元是人工神经网络的基本单元,它模拟生物神经元的结构和功能。

神经元接受输入信号,通过加权求和和激活函数的运算,产生输出信号。

一个神经网络通常包含多个神经元组成的输入层、隐藏层和输出层。

权重权重表示神经元之间连接的强度,它决定了输入信号对输出信号的影响程度。

在训练过程中,神经网络通过调整权重来逐步优化模型的性能。

权重调整的方法有很多,常见的方法包括梯度下降法、反向传播算法等。

激活函数激活函数对神经元输出信号进行非线性变换,帮助神经网络学习和处理更复杂的数据。

常用的激活函数有sigmoid函数、ReLU函数等,它们可以将输入信号映射到一定的范围内,保证输出结果在合理的区间内。

人工神经网络的应用人工神经网络在各个领域中都有广泛的应用。

图像识别人工神经网络在图像识别领域中发挥重要作用。

通过训练神经网络模型,可以实现图像分类、目标检测、人脸识别等任务。

著名的卷积神经网络(Convolutional Neural Network,简称CNN)就是应用于图像识别领域的一种特殊类型的神经网络。

自然语言处理人工神经网络在自然语言处理领域也得到了广泛应用。

通过训练神经网络模型,可以实现文本分类、情感分析、机器翻译等任务。

循环神经网络(Recurrent Neural Network,简称RNN)和长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,简称LSTM)是应用于自然语言处理的常见神经网络模型。

基于遗传算法的BP神经网络技术的应用

基于遗传算法的BP神经网络技术的应用

总之,本次演示所研究的基于遗传算法优化BP神经网络的变压器故障诊断方 法,为电力系统的安全运行提供了有力支持。相信随着相关技术的不断发展,该 方法将在实际应用中发挥更大的作用,为电力行业的发展做出重要贡献。
引言
房价预测一直以来都是学术界和房地产行业的热点问题。准确的房价预测可 以帮助政府、房地产企业和个人做出明智的决策,对经济发展和民生改善具有重 要意义。然而,房价预测是一个复杂的问题,受到多种因素的影响,如经济环境、 政策调整、区域特征等。为了提高预测准确性,研究者们不断尝试将各种算法应 用于房价预测领域。本次演示旨在探讨基于遗传算法和BP神经网络相结合的房价 预测方法,并对其进行实验验证。
二、遗传算法和BP神经网络技术 的应用场景
1、图像处理:遗传算法可以应用于图像压缩和去噪,通过优化像素之间的 交换关系来达到更好的去噪效果。BP神经网络则可以应用于图像分类和目标检测, 通过训练神经网络来识别图像中的特定目标。
2、语音识别:遗传算法可以应用于语音信号的特征提取和降维,通过优化 特征选择策略来提高语音识别的准确率。BP神经网络可以应用于语音到文本的转 换,通过训练神经网络来理解语音内容并转换成文本。
总之,基于遗传算法的BP神经网络模型是一种有效的气象预报方法,具有很 高的应用价值和广阔的发展前景。在未来的研究中,需要不断探索和完善该模型, 以更好地服务于人类的生产和生活。
变压器是一种利用电磁感应原理改变交流电压的设备。其基本工作原理是将 一个交流电压通过原边线圈转化为磁场,再通过副边线圈将磁场转化为交流电压。 在实际应用中,变压器还具有抑制过电压、过电流等保护功能,是电力系统中不 可或缺的重要元件。
为了验证基于遗传算法的BP神经网络在图像分类中的性能,我们选取了 MNIST手写数字图像数据集进行实验。实验结果表明,使用遗传算法初始化的BP 神经网络相较于随机初始化或手动调参的性能更优,具有更高的准确率和更快的 收敛速度。对比实验也证明了基于遗传算法的BP神经网络在图像分类中的应用效 果要优于传统机器学习方法。

人工神经网络的原理和应用

人工神经网络的原理和应用

人工神经网络的原理和应用人工神经网络(Artificial Neural Network,简称ANN),是一种模拟人脑神经元之间信息传递和处理方式的数学模型。

它由输入层、隐藏层和输出层组成,每一层都包含多个神经元节点。

通过训练和调整神经元之间的连接权重,人工神经网络可以学习和识别输入数据之间的模式和关联,从而实现分类、预测、识别等任务。

人工神经网络的原理是模拟了人脑神经元的工作方式。

每个神经元接收来自其他神经元的输入信号,并根据权重进行加权求和,然后通过一个激活函数进行非线性变换,最终产生输出。

神经网络的训练过程是通过调整连接权重,使网络输出与实际值的误差最小化。

人工神经网络有很多种类,其中最常见的是前馈神经网络(Feedforward Neural Network,简称FNN)。

前馈神经网络的信息流仅向前传播,没有反馈环路。

输入层接收外部输入,隐藏层负责特征提取和组合,输出层产生最终结果。

除了前馈神经网络,还有循环神经网络(Recurrent Neural Network,简称RNN)、卷积神经网络(Convolutional Neural Network,简称CNN)等。

在计算机视觉领域,人工神经网络可以用于图像分类、目标检测、人脸识别等任务。

例如,通过对大量图像进行训练,可以让神经网络学习到图像中的特征和模式,并实现自动识别图像中的物体或人脸。

在自然语言处理领域,人工神经网络可以用于语言模型、机器翻译、文本分类等任务。

例如,在机器翻译任务中,可以通过训练神经网络从源语言到目标语言的映射关系,实现自动翻译。

在金融领域,人工神经网络可以用于股票预测、风险评估等任务。

例如,通过对历史股票数据进行训练,可以让神经网络学习到股票价格之间的关联关系,并实现对未来股票价格的预测。

除了以上应用领域,人工神经网络还广泛应用于医疗诊断、语音识别、推荐系统等领域。

它在大数据时代具有较好的表达能力和适应能力,可以处理大量复杂的数据,并提取其中的规律和模式。

人工神经网络及应用

人工神经网络及应用

人工神经网络及应用人工智能在近年来已经成为了科技领域的热门话题。

而在人工智能领域中,人工神经网络(Artificial Neural Networks,ANN)是其中一个较为重要的领域。

在之前,神经网络曾经流行过多次,但是都因为计算机运算速度的限制而退潮。

如今,随着计算机运算速度的不断提升,人工神经网络已经成为了发展的热门领域之一。

本文将重点探讨人工神经网络及其应用。

1. 人工神经网络的基础人工神经网络的基础在于神经元,也称为“节点”。

神经元接收来自其他节点的信息并进行处理,然后把处理结果传递给其他可能的节点。

在神经网络中,每个节点都有一定的权值,这些权值是用来控制节点之间信号传递的。

当输入信号通过节点的时候,这些权值就是神经元处理信息的关键。

2. 人工神经网络的应用随着人工智能的发展,人工神经网络被大量运用于各种领域。

下面我们将介绍一些典型应用:2.1. 图像识别图像识别是人工神经网络生产中最常见的应用领域之一。

它被广泛应用于视觉盲人辨识、安全扫描,以及媒体内容识别等领域。

例如在安防领域,神经网络被用来识别异常活动,以及在重要区域进行行人追踪等。

2.2. 自然语言处理自然语言处理已经成为了计算机科学的一个非常关键的领域。

人工神经网络在自然语言处理中,被广泛用于文本分类、情感分析、机器翻译、语音识别等领域。

2.3. 金融风险管理金融风险管理是金融领域中的重要问题之一。

金融机构通过使用人工神经网络,可以更准确地评估风险,理解市场情况以及更快地做出决策。

2.4. 医疗领域人工神经网络在医疗领域的应用同样重要。

例如,在癌症研究领域,神经网络可以被用来帮助医生确定癌症类型,并为患者提供更准确的诊断结果。

在风湿炎医疗领域,神经网络可以用于解析各种病症,以改善诊断结果和治疗方案。

3. 人工神经网络的未来和挑战人工神经网络的发展不可避免地会遇到一些挑战。

例如,人工神经网络需要大量的数据来进行训练,但是多数领域的数据不完整,这就给网络中的各种缺陷带来了困难。

神经网络技术在人工智能领域的应用

神经网络技术在人工智能领域的应用

神经网络技术在人工智能领域的应用随着科技的飞速发展和计算机算力的不断提升,人工智能正变得越来越普及和深入人们的生活。

其中,神经网络技术作为人工智能的核心之一,正发挥着重要的作用。

本文将探讨神经网络技术在人工智能领域的应用,并剖析其在图像识别、自然语言处理、智能驾驶等方面的应用案例。

一、神经网络技术概述神经网络技术是一种模仿生物神经网络的计算模型,通过构建多层神经元之间的连接关系,实现对信息的处理和理解。

其基本单位是神经元,神经元通过输入层接受外部信息,经过多层隐含层的加工与传递,最终通过输出层输出结果。

神经网络技术的核心是学习算法,通过大量数据的训练和反向传播,不断优化网络权重,从而实现对复杂模式的识别和判断。

二、神经网络技术在图像识别中的应用神经网络技术在图像识别领域表现出色。

以人脸识别为例,神经网络技术可以通过对大量人脸图像的训练,学习到不同人脸特征的表示和识别规律。

通过神经网络技术,计算机可以通过分析图像中的眼睛、鼻子、嘴巴等特征点的位置和关系,进行人脸识别。

此外,神经网络技术还可以应用于物体识别、图像分割等领域,为计算机实现更精准和高效的图像处理提供强大的支持。

三、神经网络技术在自然语言处理中的应用自然语言处理是人工智能领域的重要分支,神经网络技术在其中扮演着重要角色。

神经网络技术可以通过对大量文本数据的学习,实现对自然语言的理解和处理。

例如,利用长短期记忆网络(LSTM),可以实现对文本中的语义和语法信息的理解和提取。

通过神经网络技术,计算机能够实现自动文本摘要、情感分析、机器翻译等功能,极大地提高了人工智能在自然语言处理领域的应用效果。

四、神经网络技术在智能驾驶中的应用智能驾驶是人工智能领域的重要应用方向,神经网络技术在其中起到了关键作用。

神经网络技术可以通过对驾驶行为的数据进行学习,实现对交通信号、行人、车辆等的感知和判断。

由此,计算机可以实现自动驾驶、智能泊车等功能。

通过不断优化神经网络模型,可以大大提高智能驾驶系统的准确性和安全性,为人们提供更加便捷和安全的出行方式。

遗传算法优化神经网络结构调参

遗传算法优化神经网络结构调参

遗传算法优化神经网络结构调参神经网络是一种模拟人脑工作原理的计算模型,在计算机科学和人工智能领域具有广泛的应用。

神经网络的性能往往依赖于它的结构和参数设置,然而,寻找最佳的神经网络结构和参数通常是一项困难的任务。

为了解决这个问题,研究人员引入了遗传算法(Genetic Algorithm)作为一种优化方法,用于自动调整神经网络的结构和参数。

遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化方法。

它以自然选择、遗传变异和遗传交叉等操作为基础,通过对种群中个体进行进化和优胜劣汰的过程,逐步优化求解问题的解。

在神经网络结构优化中,遗传算法被用来自动搜索神经网络的各种参数设置和结构拓扑,以找到最佳的组合。

首先,遗传算法需要定义一个适应度函数来度量神经网络的性能。

适应度函数一般使用数据集的损失函数作为评估指标,例如均方误差(Mean Square Error)或交叉熵(Cross-entropy)。

优秀的神经网络结构和参数组合将具有更小的损失函数值。

在进行遗传算法优化之前,需要确定神经网络的结构和参数的搜索空间。

神经网络的结构包括神经元数量、层数、连接方式等。

参数包括学习率、激活函数、正则化参数等。

搜索空间的定义应该在问题域内具有足够的灵活性,但也要避免过于庞大导致搜索困难。

接下来,遗传算法通过种群初始化和进化操作来搜索最优解。

种群初始化时,随机生成一组初始神经网络结构和参数。

进化操作主要包括选择、交叉和变异。

选择操作根据适应度函数的值,选择一部分个体作为下一代种群的父代。

通常使用轮盘赌选择或排名选择等方法。

轮盘赌选择根据个体适应度值的比例来计算每个个体的选择概率,从而决定哪些个体被选中。

排名选择则根据个体适应度值的排名来进行选择。

交叉操作是为了探索新的结构和参数组合。

通过随机选择两个个体,交换它们的基因片段,得到新的个体。

交叉操作使得种群在结构和参数空间上进行探索,并且可以在局部最优解之间进行跳跃。

变异操作是为了增加种群的多样性。

人工神经网络的原理及应用

人工神经网络的原理及应用

人工神经网络的原理及应用1. 介绍人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)是一种受到生物神经系统启发的计算模型,通过模拟神经元之间的相互连接和信息传递,实现了一种基于权重的非线性数据处理方法。

近年来,随着计算能力的提高和数据量的增加,人工神经网络在各个领域的应用越来越广泛,取得了很多重大的突破。

2. 原理人工神经网络由多个神经元组成,每个神经元通过输入和输出连接在一起,形成一个网络结构。

神经元之间的连接权重决定了信息传递的强度和方向,使得神经网络能够学习和记忆输入数据的特征。

2.1 神经元模型神经元是人工神经网络的基本组成单位,模拟了生物神经元的功能。

每个神经元接收来自其他神经元的输入,并将这些输入进行加权求和,然后通过一个激活函数进行非线性变换,最后输出给下一个神经元。

2.2 网络结构人工神经网络的网络结构通常包括输入层、隐藏层和输出层。

输入层接收外部输入的数据,隐藏层负责进行中间特征的抽取和数据处理,输出层将最终的结果输出给用户或其他系统。

不同的网络结构可以应用于不同的问题,如前馈神经网络、循环神经网络和卷积神经网络等。

2.3 权重更新神经网络的学习过程是通过不断调整连接权重来实现的。

常用的方法是通过反向传播算法进行训练,即根据网络的输出和真实值之间的差距来更新权重。

反向传播算法使用梯度下降的思想,寻找使得损失函数最小化的权重值。

3. 应用人工神经网络在各个领域都有着广泛的应用,可以解决许多复杂的问题。

3.1 图像识别卷积神经网络是图像识别领域最常用的神经网络模型之一。

它可以通过学习大量的图像数据,自动提取图像中的特征,实现图像分类、目标检测和人脸识别等任务。

3.2 自然语言处理循环神经网络在自然语言处理领域有着广泛的应用。

通过对大量的文本数据进行学习,循环神经网络可以实现语言模型的建立、机器翻译和情感分析等任务。

3.3 金融预测人工神经网络在金融领域的应用也很广泛。

遗传算法与人工神经网络的应用

遗传算法与人工神经网络的应用

the Application of Computer Technology •计算机技术应用Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 127【关键词】遗传算法 人工神经网络 深度学习遗传算法是计算的一种模型,模拟生物进化的遗传机制,是自然选择的生物进化过程。

它是一种最优解的方法,是通过模拟自然演化过程而来。

人工神经网络具有非线性自适应信息处理能力,克服了传统人工智能方法在直觉识别、语音识别、非结构化的信息处理能力等方面的不足。

并且成功应用在模拟识别、优化组合、预测等领域。

人工神经网络模拟人类认知的方向上得到了更为深入的发展。

结合遗传算法形成计算智能已经成为人工智能的一个重要方向,并将在文本检索中得到发展。

1 遗传算法遗传算法作为一种现代的优化的方法,借鉴进化论和遗传学的理论。

它的本质是一种搜索方法。

本文将遗传算法应用于文献检索优化设计中,以获得较好的全局最优解。

遗传算法的基本操作是基于编码机制,模拟自然选择和遗传中的复制、交叉和变异现象,遵循优胜劣汰的原则,在潜在的条件下,逐一生成近似最优方案。

求解种群,从而进行种群优化,最终得最优个体。

使用遗传算法,首先,设计遗传优化模型。

设计遗传算法的过程基本上可分为几个步骤,编码方案的制定、适应度函数的确定、选择策略的确定、交叉和变异操作的设计以控制参数的选择。

遗传算法的设计完成后,可以根据遗传优化算法的结构进行编程和实现,可以解决具体问题。

2 人工神经网络模型算法遗传算法与人工神经网络的应用文/黄丽娟作为人工智能研究的一种方法,人工神经网络具有很强的非线性映射能力。

人工神经网络的拓扑结构,它属于多层感知器结构,包括输入、输出和几个隐藏层。

在运行网络过程中,首先,信息的输入通过输入层的节点传到隐藏层。

节点的激活函数计算后,将每个节点的计算的信息传到输出节点,得到最后的输出结果。

神经网络在人工智能中的应用

神经网络在人工智能中的应用

神经网络在人工智能中的应用随着科技的迅猛发展,人工智能(AI)在各个领域逐渐渗透并发挥着越来越重要的作用。

其中,神经网络作为一种基于生物神经系统的计算模型,成为近年来人工智能研究和应用的核心技术之一。

神经网络通过模拟人类大脑处理信息的方式,可以有效地进行模式识别、数据分析和决策制定。

本文将探讨神经网络在人工智能中的多种应用,包括图像识别、自然语言处理、医疗诊断以及自动驾驶等领域。

一、图像识别应用图像识别是神经网络最广泛的应用之一,尤其是卷积神经网络(CNN)的出现,使得图像处理的效果大幅提升。

在过去,传统的图像识别方法往往依赖手工特征提取,效率低下且效果有限。

而卷积神经网络能够自动从数据中学习特征,使得图像分类、目标检测等任务能够在复杂场景中取得显著成果。

1.1 人脸识别人脸识别技术已经在安防监控、社交媒体、金融支付等多个领域得到了广泛应用。

通过使用深度学习中的卷积神经网络,可以对人脸进行高精度识别,其核心思想是通过多个层次学习人脸的不同特征。

这种方法不仅提高了识别率,还有效减少了误识率,并且可以适应各种变换,如光照变化、姿态变化等。

1.2 物体检测物体检测是指在图片中准确定位和标注物体的类别及位置。

利用区域卷积神经网络(R-CNN)等算法,可以实现高效的物体检测。

近年来,这项技术已被广泛用于无人机监控、自动驾驶汽车、机器人视觉系统等领域。

例如,在自动驾驶中,车载系统能够实时识别行人、车辆、交通标志等,提高行车安全性。

二、自然语言处理应用自然语言处理(NLP)是另一项重要的人工智能应用领域。

神经网络尤其是循环神经网络(RNN)和其变种长短期记忆网络(LSTM)在此领域展现出了强大的能力。

这些网络能够处理序列数据,使得机器能够理解和生成自然语言。

2.1 机器翻译机器翻译是NLP中最具挑战性的任务之一。

传统的方法依赖于规则和统计模型,而基于神经网络的方法,如序列到序列模型(Seq2Seq),通过大规模语料库学习翻译规律,已成为主流技术。

遗传算法在人工智能中的应用研究

遗传算法在人工智能中的应用研究

遗传算法在人工智能中的应用研究人工智能(Artificial Intelligence,AI)是指机器能够表现出人类智能的能力。

随着计算机技术的不断发展,人工智能已经广泛应用于各个领域,如图像识别、自然语言处理和智能推荐等。

而遗传算法(Genetic Algorithm)作为一种优化算法,在人工智能中的应用也越来越受到研究者的关注。

遗传算法是基于生物进化原理的一种优化算法,模拟了自然界中的遗传和进化过程。

它通过不断迭代和优胜劣汰的原则,寻找问题的最优解。

在人工智能中,遗传算法被广泛应用于问题求解、优化和机器学习等方面,具有很高的实用价值和广阔的应用前景。

首先,遗传算法在问题求解方面发挥着重要作用。

在传统的问题求解方法中,往往需要手动设计和优化算法,而且难以找到全局最优解。

而遗传算法通过模拟生物进化的过程,能够有效地搜索问题的解空间,并找到最优解。

例如在旅行商问题(Traveling Salesman Problem)中,遗传算法能够通过适应度评估和遗传操作,不断迭代优化路径,以找到最短的旅行路线。

这种基于遗传算法的问题求解方法,大大提高了求解效率和结果质量。

其次,遗传算法在优化问题方面也有广泛的应用。

优化问题是指在给定的约束条件下,寻找问题的最优解或最优解集合。

而遗传算法作为一种全局优化算法,在优化问题中有着广泛的应用。

例如在函数参数优化中,遗传算法可以根据目标函数的要求,通过不断的迭代和交叉变异操作,找到函数的最优解。

这种基于遗传算法的优化方法,不仅能够提高优化的效率,而且能够找到全局最优解。

此外,遗传算法还在机器学习中发挥着重要的作用。

机器学习是指通过算法和模型,让机器能够从数据中学习和改进性能。

而在机器学习的过程中,遗传算法可以应用于模型参数优化、特征选择和聚类等方面。

例如在神经网络的训练中,遗传算法可以通过调整神经网络的参数权值和结构,提高神经网络的性能和泛化能力。

这种基于遗传算法的机器学习方法,不仅能够提高机器学习的效果,而且能够减少手动调参的工作量。

人工智能算法在神经网络中的应用及学习效果评估

人工智能算法在神经网络中的应用及学习效果评估

人工智能算法在神经网络中的应用及学习效果评估人工智能(Artificial Intelligence,简称AI)是指通过计算机科学与技术,模拟和实现人类智能的理论、方法、技术及应用系统。

神经网络(Neural Network)是一种模仿人类神经网络结构和功能,用于模拟和解决复杂问题的数学模型。

人工智能算法在神经网络中得到广泛应用,对于提高智能系统的学习效果具有重要作用。

一、人工智能算法在神经网络中的应用人工智能算法在神经网络中起到关键作用,它们负责训练和调整神经网络的权重以优化网络性能。

以下是几种常见的人工智能算法应用于神经网络的案例:1. 反向传播算法(Backpropagation Algorithm)反向传播算法是一种常用的监督学习算法,在神经网络中被广泛应用。

该算法通过计算网络输出与期望输出的误差,然后将误差反向传播到网络的各层,调整网络权重以最小化误差。

通过多次迭代和调整,神经网络的学习效果得以不断改进。

2. 遗传算法(Genetic Algorithm)遗传算法是一种优化算法,通过模拟自然选择、交叉和变异等过程,搜索最优解。

在神经网络中,遗传算法经常用于寻找最佳的网络结构和参数配置。

通过不断进化和优化,神经网络在解决特定问题时可以达到更高的准确率和性能。

3. 粒子群算法(Particle Swarm Optimization,简称PSO)粒子群算法是一种基于群体智能的优化算法,模拟鸟群觅食行为。

在神经网络中,粒子群算法可以用于寻找最优的权重和偏置参数,以达到更好的性能。

粒子群算法具有全局搜索能力和快速收敛的特点,能够有效提高神经网络的学习效果。

二、学习效果评估方法为了评估神经网络在使用人工智能算法后的学习效果,常用以下方法进行评估:1. 准确率(Accuracy)准确率是评估分类问题中模型性能的重要指标,表示模型预测正确的样本数量占总样本数量的比例。

通过将网络输出与目标标签进行比较,可以计算出神经网络的准确率。

基于遗传算法的神经网络结构优化及其应用

基于遗传算法的神经网络结构优化及其应用

基于遗传算法的神经网络结构优化及其应用近年来,神经网络已经成为了深度学习领域发展的主流技术,它被广泛应用于图像处理、语音识别、自然语言处理等多个领域。

神经网络的性能往往受到网络结构和参数设置的影响,因此如何优化神经网络的结构和参数一直是深度学习领域的研究热点之一。

目前,基于遗传算法的神经网络结构优化已经成为了一种比较有效的方法。

遗传算法和神经网络具有天然的相似性:遗传算法中的种群和个体可以直接对应于神经网络中的层次结构和神经元。

而且,遗传算法具有并行性和全局搜索能力,可以在多个维度上搜索最优网络结构和参数。

遗传算法的基本思想是模拟生物进化过程中的遗传和选择过程,通过不断迭代产生新的个体,并筛选出最优的个体进行下一轮进化。

在神经网络结构优化中,我们可以用遗传算法来搜索每个层次的神经元数量、每个神经元的激活函数、不同层次之间的连接方式等,以获得最优的神经网络结构。

在神经网络结构优化中,遗传算法一般有以下几个步骤:1.表示方法的选择:选择适当的基因编码方式来表示神经网络结构和参数,例如二进制编码、实数编码、树形编码等。

2.个体的初始化:随机生成N个个体,每个个体包含神经网络的结构和参数信息。

3.适应度函数的定义:设计一个合适的适应度函数来评价每个个体的性能,一般使用神经网络在训练集上的准确率、误差等指标。

4.选择操作:根据适应度函数的大小选择部分个体用来产生下一代个体。

通常采用轮盘赌选择、锦标赛选择等方法。

5.交叉操作:对选中的父代个体进行染色体的交叉操作,得到新的子代个体。

6.变异操作:对子代个体进行随机的变异操作,以保持种群的多样性。

7.迭代循环:重复上述步骤,直到达到预设的停止条件。

通过遗传算法优化后得到的神经网络结构和参数,可以显著提高模型的性能和泛化能力,从而实现更准确、更稳定的预测和分类效果。

除了神经网络结构优化之外,遗传算法还可以应用于神经网络的参数优化、神经元剪枝、神经元蒸馏等领域。

应用遗传算法进行神经网络的参数优化,可以通过对权重、偏置等参数的搜索和调整,获得更优的模型性能和训练速度。

神经网络在人工智能中的应用

神经网络在人工智能中的应用

神经网络在人工智能中的应用人工智能是科技发展的新方向,也是当下最热门的研究领域之一。

神经网络作为人工智能中非常重要的一种算法,被广泛应用于多个领域,比如计算机视觉、自然语言处理、语音识别等。

本文将深入探讨神经网络在人工智能中的应用。

一. 神经网络概念神经网络源于对生物神经系统的模拟,它是一种可以模拟人脑处理任务的计算模型。

神经网络可以看做是一组相互连接的计算单元或神经元,它们以某种方式相互作用,并在这些单元之间传递信息。

在一个神经网络中,每个神经元都接收来自其他神经元的输入,并产生输出,这个输出又可以作为其他神经元的输入等等。

通过这种方式,神经网络可以发现数据之间的非线性联系。

二. 神经网络的优点神经网络具有许多优点:1. 可以探索非线性关系。

神经网络是一种非线性模型,可以识别和处理非线性数据的大量信息。

2. 自适应性强。

神经网络可以自我优化,通过学习经验改进自己的算法,使得预测和推理更为准确。

3. 并行计算能力强。

神经网络在计算过程中,每个神经元都可以同时进行计算,同时进行多任务处理。

4. 容错性强。

即使神经元系统中出现一部分损坏,神经网络仍然可以正常工作,因为神经元之间的连接可以起到冗余的作用。

三. 神经网络在人工智能中的应用1. 计算机视觉神经网络可以在计算机视觉中实现很多技术,比如目标检测、图像分割和人脸识别等。

例如,深度卷积神经网络(Deep Convolutional Neural Networks)是当前计算机视觉领域的主要算法之一,可以对图像进行高效处理和分析,被广泛用于自动驾驶、安防监控等领域。

2. 自然语言处理自然语言处理是指将自然语言转化为人工可读的信息的过程,神经网络在自然语言处理中也有许多用途,比如机器翻译、文本分类、情感分析等。

长短时记忆网络(LSTM)是一种特殊的神经网络,被广泛用于自然语言处理和语音识别中,可以在一定程度上模拟人类的记忆和思考方式。

3. 语音识别语音识别系统最早是基于传统的高斯混合模型和隐马尔科夫模型实现的,但其识别准确率有限。

人工智能在神经网络中的应用

人工智能在神经网络中的应用

人工智能在神经网络中的应用随着科技的进步与发展,人工智能已成为当前科学技术领域的热门话题。

作为一种利用算法和模型来实现人类感知、推理和识别等智能行为的技术,人工智能的应用领域在不断地扩大。

尤其是在神经网络中,人工智能的应用更是得到了广泛的关注。

神经网络是一种重要的人工智能模型,它被广泛应用于模式识别、分类、预测和控制等领域。

神经网络是模拟人类大脑的工作原理,通过收集、存储和处理信息来完成各种人工智能任务。

其中,人工智能算法在神经网络中的应用更是有着重要的意义。

在神经网络中,人工智能算法包括三种主要的方法:反向传播算法、遗传算法和模拟退火算法。

这些算法通过不断地训练神经网络,提高其准确性和泛化能力,并且可以给出具体的实现方式。

其中,反向传播算法是目前应用最为广泛的一种人工智能算法,它是一种基于梯度下降法的学习算法。

反向传播算法通过不断地反向传播误差信号,控制神经元之间的权值,进而优化神经网络的拟合能力。

这种算法简单易用,且可以处理各种类型的数据。

遗传算法是一种基于生物进化理论的算法,它能够在神经网络中发现适应性更强、结构更合理的神经元连接方式。

这种算法通过模拟生物进化过程中的变异、选择和遗传等规律,从而优化神经网络的拓扑结构,从而提高神经网络的性能。

模拟退火算法是一种基于统计物理学的算法,它能够在神经网络中寻找全局最优解。

这种算法将神经网络看作为一个复杂的能量系统,通过模拟退火过程,逐渐缓慢地从局部最优解到达全局最优解。

这种算法能够在较短时间内找到较好的解决方案,并且具有较好的鲁棒性和健壮性。

在神经网络中,人工智能算法的应用可以帮助人们快速准确地发现模式、预测趋势、分类数据等。

例如,在医疗领域中,医生们可以通过神经网络诊断工具,快速对疾病进行早期筛查和诊断,从而提高医疗效率和精度。

在金融领域中,神经网络可以通过机器学习和数据挖掘,分析各种金融市场的数据,从而判断股票走势、预测汇率等,为投资者提供更加可靠的信息。

神经网络算法在人工智能中的优化与应用

神经网络算法在人工智能中的优化与应用

神经网络算法在人工智能中的优化与应用人工智能(Artificial Intelligence,AI)已成为当前科技领域的热门话题之一,并且在各行各业中得到了广泛应用。

而神经网络算法作为人工智能的重要组成部分,其优化和应用也备受关注。

I. 神经网络算法的优化神经网络算法是一种模拟人脑神经细胞之间信息传递的数学模型。

与传统的算法相比,神经网络算法具有较强的学习能力和适应性,在处理图像、语音识别、自然语言处理等任务中表现出色。

然而,神经网络算法在应用过程中也存在一些问题,比如网络结构设计、算法优化和训练过程中的局部最优等。

在神经网络算法的优化方面,近年来,研究者们提出了许多有效的方法。

首先,改进网络结构的设计。

传统的神经网络算法通常采用全连接的结构,导致参数过多和计算复杂度高。

基于此,研究者们提出了卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)和循环神经网络(Recurrent Neural Networks,RNN)等结构,显著提高了神经网络算法的性能。

此外,还有一些自动搜索网络结构的算法出现,如遗传算法(Genetic Algorithm)、强化学习(Reinforcement Learning)等。

其次,对神经网络算法的优化也包括参数初始化和训练技巧。

参数初始化是神经网络算法训练的第一步,合适的参数初始化可以加速收敛速度。

通常使用的初始化方法有随机初始化、预训练模型初始化等。

训练技巧包括梯度裁剪(Gradient Clipping)、正则化(Regularization)、批归一化(Batch Normalization)等。

这些技巧可以有效地防止过拟合,提高神经网络算法的泛化能力。

II. 神经网络算法的应用目前,神经网络算法在各个领域得到了广泛应用。

其中,图像识别是神经网络算法的一个重要应用方向。

传统的图像识别方法局限于提取特征和训练分类器的效果。

而基于深度学习的神经网络算法可以自动提取图像的特征,并且具有很强的分类能力。

人工神经元网络模拟及其在计算机人工智能中的应用

人工神经元网络模拟及其在计算机人工智能中的应用

人工神经元网络模拟及其在计算机人工智能中的应用人工智能近年来飞速发展,其中不可忽视的一环便是人工神经网络模拟。

人工神经网络是一种通过模拟生物神经网络学习和处理信息,实现人工智能的技术。

它是计算机科学和神经科学领域的交叉学科,其研究内容是通过非线性变换的方法去模拟人脑神经元的行为。

人工神经网络在各个领域都有应用,如计算机视觉、自然语言处理、机器人、控制系统等,最为优秀的应用之一便是在图像识别上。

图像识别是一个复杂的问题,人工神经网络在此领域发挥了巨大的作用。

人工神经网络的构成是由许多人工神经元组成的。

神经元是模拟人脑神经元的计算单元,是人工神经网络的基本单元。

神经元接受来自其他神经元的输入信号,并进行处理,然后通过输出信号将信息传递给其他神经元。

人工神经元网络的优势在于:①具有超强的并行计算能力;②能够自己调整其网络连接权重;③在学习新事物的时候,可以分辨不同的感官信息。

人工神经网络中有几种不同的神经元类型,如sigmoid、ReLU和tanh等。

其中,sigmoid神经元在常见神经网络模型中应用最为广泛,它具有将任何实数值映射到范围[0,1]内的非线性函数,这个特性使它是人工神经网络的基础。

训练人工神经网络有两种方式:监督式学习和非监督式学习。

在监督式学习中,训练数据集已有相应标签,网络将输入数据映射到输出标签。

在非监督式学习中,网络通过自适应权重学习数据的内在规律,但不知道其标签。

这两种方式都适用于不同的应用场景。

例如,对于图像分类任务,通常使用监督学习方法,并将图像像素作为输入,预测其对应的标签;而在聚类和降维应用中,则常采用非监督学习方法。

在计算机视觉中,卷积神经网络(CNN)是人工神经网络的一个重要分支,它通过卷积操作来提取图像中的特征。

在计算机语音识别中,循环神经网络(RNN)能够处理由一系列时间步构成的序列数据,如语音信号、文本消息、视频流等等。

此外,还有其他一些人工神经网络模型,如Autoencoder、DeepBelief网络等。

Matlab中的人工神经网络和遗传算法技术

Matlab中的人工神经网络和遗传算法技术

Matlab中的人工神经网络和遗传算法技术人工智能是当今科学技术领域的热点之一,它的发展涉及到许多重要的技术和方法。

而在人工智能领域中,人工神经网络和遗传算法技术是两个备受关注的研究方向。

在这篇文章中,我们将探讨这两种技术在Matlab中的应用和实现。

1. 人工神经网络人工神经网络(Artificial Neural Networks,ANN)是一种模拟人脑结构和功能的计算模型。

它由大量的神经元和连接它们的突触组成,可以通过模拟神经元之间的信号传递和信息处理来实现智能任务。

在Matlab中,有多种方法可以实现人工神经网络的建模和训练。

首先,我们可以使用Matlab中的神经网络工具箱(Neural Network Toolbox)来构建和训练人工神经网络。

这个工具箱提供了丰富的函数和工具,可以方便地实现各种类型的神经网络,包括前馈神经网络、循环神经网络和自组织映射神经网络等。

通过设置网络的结构和参数,以及提供合适的训练数据,我们可以使用工具箱提供的训练算法(如反向传播算法)来训练神经网络并获得预期的输出结果。

其次,Matlab还提供了一种基于自定义代码的方式来实现神经网络模型。

我们可以通过编写Matlab脚本或函数来定义神经网络的结构和算法,然后使用Matlab的矩阵运算和函数库来实现神经网络的前向传播、误差计算和参数更新等操作。

这种方式可以更加灵活地定制神经网络模型,适应各种特定的任务需求。

除了常规的神经网络,Matlab还支持一些特殊类型的神经网络,如卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)和深度神经网络(Deep Neural Networks, DNN)。

这些网络在图像处理、特征提取和模式识别等领域具有重要的应用价值。

借助Matlab的工具和函数,我们可以轻松地构建和训练这些特殊类型的神经网络,实现更加复杂和高效的智能任务。

2. 遗传算法遗传算法(Genetic Algorithm,GA)是一种模拟自然界生物进化过程的优化算法。

遗传算法在人工神经网络中的应用综述

遗传算法在人工神经网络中的应用综述

遗传算法在人工神经网络中的应用综述
文绍纯;罗飞;付连续
【期刊名称】《计算技术与自动化》
【年(卷),期】2001(020)002
【摘要】本文介绍正被逐渐广泛应用的新型的、随机性的全局优化方法-遗传算法,系统地讨论了遗传算法在人工神经网络中的主要应用,实验结果显示了遗传算法快速学习网络权重的能力,并且能够摆脱局部极小点的困扰.
【总页数】5页(P1-5)
【作者】文绍纯;罗飞;付连续
【作者单位】华南理工大学电子与信息学院;华南理工大学电子与信息学院;华南理工大学电子与信息学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP301
【相关文献】
1.人工神经网络在轧钢中的应用综述 [J], 王志军
2.人工神经网络在光伏中的应用综述 [J], 何雅静;汪登
3.人工神经网络在月降水量预测业务中的研究和应用综述 [J], 何慧;陆虹;覃卫坚;陆芊芊
4.人工神经网络及其在地学中的应用综述 [J], 王良玉;张明林;祝洪涛;刘洋
5.基于遗传算法的人工神经网络的应用综述 [J], 文绍纯;罗飞;付连续;莫鸿强
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I.J. Computer Network and Information Security, 2014, 3, 10-19Published Online February 2014 in MECS (/)DOI: 10.5815/ijcnis.2014.03.02Artificial Neural Network trained by Genetic Algorithm for Smart MIMO Channel Estimation for Downlink LTE-Advance SystemNirmalkumar S. Reshamwala1, Pooja S. Suratia2, Satish K. Shah3Department of Electrical Engineering1, 2, 3The Maharaja Sayajirao University of BarodaVadodara, Gujarat, India.reshamwala.nirmal01@1, poojasuratia@2, satishkshah_2005@3Abstract —Long-Term Evolution (LTE) is the next generation of current mobile telecommunication networks. LTE has a flat radio-network architecture and significant increase in spectrum efficiency, throughput and user capacity. In this paper, performance analysis of robust channel estimators for Downlink Long Term Evolution-Advanced (DL LTE-A) system using three Artificial Neural Networks: Feed-forward neural network (FFNN), Cascade-forward neural network (CFNN) and Layered Recurrent Neural Network (LRN) are trained separately using Back-Propagation Algorithm and also ANN is trained by Genetic Algorithm (GA). The methods use the information got by the received reference symbols to estimate the total frequency response of the channel in two important phases. In the first phase, the proposed ANN based method learns to adapt to the channel variations, and in the second phase it estimates the channel matrix to improve performance of LTE. The performance of the estimation methods is evaluated by simulations in Vienna LTE-A DL Link Level Simulator in MATLAB software. Performance of the proposed channel estimator, ANN trained by Genetic Algorithm (ANN-GA) is compared with traditional Least Square (LS) algorithm and ANN based other estimator like Feed-forward neural network, Layered Recurrent Neural Network and Cascade-forward neural network for Closed Loop Spatial Multiplexing (CLSM)-Single User Multi-input Multi-output (MIMO-2×2 and 4×4) in terms of throughput. Simulation result shows proposed ANN-GA gives better performance than other ANN based estimations methods and LS.Index Terms —LTE-A, MIMO, Artificial Neural Network (ANN), Back-Propagation, Layered Recurrent Neural Network (LRN), Feed-forward neural network (FFNN), Cascade-forward neural network (CFNN), Genetic Algorithm (GA).I.INTRODUCTIONThe Long Term Evolution (LTE) is a great step towards the fourth generation (4G) of mobile radio technologies to increase user capacity, the spectral efficiency, low latency and to get higher throughput. Long Term Evolution (LTE) is a radio platform technology that will allow operators to achieve even higher peak throughputs than HSPA+ in higher spectrum bandwidth. The overall objective for LTE is to provide an extremely high performance radio-access technology that offers full vehicular speed mobility and that can readily coexist with HSPA and earlier networks. Because of scalable bandwidth, operators will be able to easily migrate their networks and users from HSPA to LTE over time. LTE-Advanced (LTE-A) refers to the evolved version of LTE that is being developed by 3rd Generation Partnership Project (3GPP), a new standard as the evolution of the current network architecture of mobile communication, GSM/HSPA [1]. LTE Release10 [1], [2] is set to provide higher bit rates in a cost efficient way and, at the same time, completely fulfill the requirements set by International Telecommunication Union (ITU) for International Mobile Telecommunications-Advanced (IMT Advanced) also referred to as 4G [2], [3]. The features supported by LTE-A are given in [3]. Release 10 supports enhanced MIMO Techniques with 8X8 in downlink and up to 4X4 in uplink with larger bandwidths, enabled by carrier aggregation. It achieves maximum peak data rate up to 1 Gbps for Downlink and 500 Mbps for Uplink. LTE and LTE-Advanced (4G) uses an Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) radio interface in downlink and the Single-Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) for the uplink [1], [4].The receiver in LTE-MIMO system requires the knowledge of Channel State Information (CSI) with a view to recovering the original transmitted data properly without noise. In certain channel estimation methods, pilot symbols are inserted and transmitted over the channel, and are estimated at the receiver with a view to recovering transmitted symbols [4], [5]. The most traditional efficient training based methods are the Least Squares (LS) method [6], [7], Minimum Mean Square Error (MMSE) method [8], [9] and Adaptive Filtering channel estimation method [10], [11]. In this paper, Channel estimation by different Artificial Neural Networks and hybrid technique: ANN trained by Genetic Algorithm (ANN-GA) has been deployed inArtificial Neural Network trained by Genetic Algorithm for Smart MIMO Channel Estimation for 11Downlink - LTE Advance SystemLTE-Advance system, with different neural network architectures [12], [13], [14], [15], [16]. In this contribution, we propose Artificial Neural Network trained by Genetic Algorithm for MIMO Channel Estimation for Downlink LTE-A System. The principle of this method is to exploit the information provided by the received reference symbols to estimate the channel response using result of conventional LS Estimator.In section II, the LTE-A Downlink Physical Layer and The Vienna LTE-A Link Level Simulator is explained. Section III describes different channel estimation techniques like Least Square (LS), ANN based techniques and hybrid technique: ANN trained by Genetic Algorithm (ANN-GA). Followed by simulation results and performance analysis of proposed new ANN based hybrid technique (ANN-GA) channel estimation techniques in Section IV. Finally Conclusion and further development is discussed in Section V.II.LTE-A DOWNLINK PHYSICAL LAYER ANDVIENNA LTE-A LINK LEVEL SIMULATOR The LTE Physical Layer is highly efficient means of conveying both data and control information between an enhanced base station (called eNodeB in LTE-A terminology) and mobile user equipment (called UE in LTE-A terminology) [17], [18], [22]. Although, the LTE physical layer specification describes both FDD (Frequency Division Duplex) and TDD (Time Division Duplex), the study in this paper is focused on FDD, thus only LTE physical layer with FDD is discussed below. Furthermore, only Downlink (from eNodeB to UE) data transmission is considered. LTE-A Downlink system is based on OFDMA air interface transmission scheme [3]. LTE OFDMA-MIMO system is described in [5]. The orthogonal frequency subcarriers are used to share spectrum among users using access technique. The LTE-A Physical layer employs advanced technologies of wireless cellular systems [19], [20], [22].LTE-A Downlink Physical Layer [19], [20] is described as shown in Fig. 1. The baseband signal representing a downlink physical channel is defined in terms of the following steps:∙Scrambling which breaks long strings of 1s and 0s into scrambled bits of coded bits in each of the code words to be transmitted on a physical channel∙Modulation (QPSK, 16-QAM or 64-QAM modulation) of scrambled bits to generate complex-valued modulation symbols∙Layer mapping of the complex-valued modulation symbols onto one or several transmission layers∙Preceding of the complex-valued modulation symbols on each layer for transmission on the antenna ports∙Mapping of complex-valued modulation symbols for each antenna port to resource elements∙Generation of complex-valued time-domain OFDM signal for each antenna port (Antenna Port 0, 1, 2 or4) for transmission [5]Similarly at UE descrambling, demodulation and demapper operations and MIMO Receiver processing to receive the transmitted data streams. LTE-A Downlink modulation is based on OFDMA which provides multi user access, robustness to time dispersion of radio channel, and low complexity for receiver design. Also, the multicarrier concept enables the operation of LTE in various system bandwidths up to 20 MHz by adapting the number of subcarriers used. In Closed Loop Spatial Multiplexing-CLSM, The uplink feedback values Channel Quality Indicator (CQI), Rank Indicator (RI) and Preceding Matrix Indicator (PMI) are calculated at the receiver, and are feedback to the eNodeB. In CLSM, Each transmit antenna transmits a different data stream. This technique significantly increases the peak data rate over the radio link. (For instance, 2x2 MIMO effectively increases the peak data rate by a factor of two). It requires high signal-to-noise-plus-interference ratio (SNIR) radio conditions in order to be effective. Although the data streams are transmitted simultaneously at the same frequency, the receiver can nevertheless detect the different streams received via different antennas- hence the name spatial multiplexing [20].LTE-A Downlink Physical channels convey information from higher layers in the LTE stack. Each physical channel defines algorithms for bit scrambling, modulation, layer mapping, CDD (Cyclic Delay Diversity), preceding and resource element assignment. There are three downlink physical channels in LTE [5], [21].Figure 1. LTE-A Downlink Physical Layer [18], [19], [22] Link Level Simulator [22], [23] is used to emulate the transmission of user data and control information from an eNodeB transmitter to a UE receiver modeling the physical layer with high precision [16], [24]. The Link level parameters for the presented simulations areas12Artificial Neural Network trained by Genetic Algorithm for Smart MIMO Channel Estimation forDownlink - LTE Advance Systemshown in Table I. Transmission modes in the firstrelease of LTE according to [17], [25] are configured inthis LTE-A Downlink Link Level Simulator. SimulatedMIMO scheme followed CLSM (Close-Loop SpatialMultiplexing) transmission mode specified by the 3GPP[17], [25], [26], [27], [28], [29], [30], [31], [32], [33].III.CHANNEL ESTIMATION TECHNIQUE BASEDON LS ESTIMATOR AND ARTIFICIAL NEURALNETWORKSA. Least Square Channel EstimationLeast square channel estimator is obtained by minimizing the square distance between the received signal and the transmitted signal as follows [6], [22], [26].J(H)= {| |}= {()} (1) where, is the conjugate transpose operator.By differentiating expression (1) with respect to and finding the minima, we obtain [22].J(H )= =0 (2) Finally, the LS channel estimation is given by [5], [22], [25].̂== (3) In general, LS channel estimation technique for OFDM systems has low complexity but it suffers from a high mean square error (MSE) [6].B. Artificial Neural NetworkAn artificial neuron is defined as follows: It receives a number of inputs either from original data, or from the output of other neurons in the neural network. Each input comes via a connection that has strength (weight); these weights correspond to synaptic efficacy in a biological neuron. Each neuron also has a single threshold value. The weighted sum of the inputs is formed, and the threshold subtracted, to compose the activation of the neuron (also known as the post-synaptic potential, or PSP, of the neuron) [34], [35], [36].The activation signal is passed through an activation function (also known as a transfer function) to produce the output of the neuron. Inputs and outputs correspond to sensory and motor nerves such as those coming from the eyes and leading to the hands. There can be hidden neurons that play an internal role in the network. The input, hidden and output neurons need to be connected together [34], [35], [36].Fig. 2 shows the basic and simple model of an Artificial Neuron present in the layers of the Artificial Neural Network.Figure 2. Simple model of an Artificial Neuron [22]A simple network has a feed-forward structure; signals flow from inputs, forwards through any hidden units, eventually reaching the output units. Such a structure has stable behavior. However, if the network is recurrent (contains connections back from later to earlier neurons) it can be unstable, and has very complex dynamics [34].When the network is executed (used), the input variable values are placed in the input units, and then the hidden and output layer units are progressively executed. Each of them calculates its activation value by taking the weighted sum of the outputs of the units in the preceding layer, and subtracting the threshold. The activation value is passed through the activation function to produce the output of the neuron. When the entire network has been executed, the outputs of the output layer act as the output of the entire network [22], [34], [35], [36].∙ A Feed-forward neural Network (FFNN) [35], [36] is one whose topology has no closed paths and number of hidden layer as per requirement and input nodes are connected to the output nodes without any feedback paths [22]. The Back-Propagation Algorithm (BPA) uses the steepest-descent method to reach a global minimum with energy function of MSE. The flowchart of the BPA is given in [37].∙In Cascade-forward neural networks [22], these is similar to feed forward networks such as Back-Propagation Neural networks (BPNN) with the exception that they have a weight connection from the input and every previous layer to the following layers [38], [39], [40].∙In Layered Recurrent Neural Network (LRN), the method of training is similar to that of the FFNN model. In addition to this, a neuron taking input from the output layer and connected to the hidden layer as shown in Fig. 3. Initially, the weights assigned are small random numbers. The inputs are presented to the input units and the output from the network is calculated just as in the case of theFFNN [22], [40], [41], [42].Artificial Neural Network trained by Genetic Algorithm for Smart MIMO Channel Estimation for 13Downlink - LTE Advance SystemFigure 3. Layered Recurrent Neural Network (LRN) [22]C. Genetic AlgorithmGenetic Algorithms are a family of computational models inspired by evolution. These algorithms encode a potential solution to a specific problem on a simple chromosome-like data structure and apply recombination operators to these structures as to preserve critical information. Genetic algorithms are often viewed as function optimizer, although the range of problems to which genetic algorithms have been applied are quite broad.An implementation of genetic algorithm begins with a population of (typically random) chromosomes. One then evaluates these structures and allocated reproductive opportunities in such a way that these chromosomes which represent a better solution to the target problem are given more chances to `reproduce' than those chromosomes which are poorer solutions. The 'goodness' of a solution is typically defined with respect to the current population [43], [44], [45], [46], [47], [48],[49].D. Channel Estimation using Different ANNThe simulation program of each one of conducted Back-Propagation training algorithm (Feed-Forward Network, Cascade-Forward Network and Layered Recurrent Neural Network) includes the following steps [22], [40]:1)First of all, estimate channel using LS estimatorusing transmitted signal and received signal after passing through AWGN and Flat Rayleigh channel and adding noise as shown in Fig. 4.2)Initialization of network weights, learning rate andThreshold error. Set iterations to zero.3)Take received signal MIMO matrix as an input andestimated MIMO matrix as a target.4)Total error = zero; iterations-> iterations+15)Feed it to input layer units.6)Initialize the target output of that ANN.7)Calculate the outputs of hidden layer units. 8)Calculate the outputs of output layer units.9)Calculate the error = desired output – actual output.Total_error -> Total_error + error.10)Calculate delta sigma of output neurons. Thenadjust weights between output and hidden layer units.11)Calculate delta sigma of hidden layer units. Thenadjust weights between hidden and input layer units.12)While there are more matrix in the file, go to step 4.13)if Threshold error >= Total error then stop,otherwise go to step 3rd steps in this algorithm.Figure 4. Channel Estimation using ANN [19], [20], [22] The estimator uses the information provided by received reference symbols of sub channels to estimate the total channel frequency response. The input of the neural network is the received reference symbols Y, target of ANN is channel estimated by LS [19], [20], [50].E. Channel Estimation using ANN-GAIn this method, first of all artificial neural network is first configured with input and target. Input and target are same as in channel estimation using only ANN- Feed-forward neural Network (FFNN) using one hidden layer with five neurons. But, after that, ANN is trained with genetic algorithm instead of back-propagation method. Here, parameter for Input and target are taken for channel estimation as shown in figure 5. After that, ANN is trained with 100 generations during which GA continuously check mean square error (MSE) between estimated channel by ANN-GA and estimated channel by actual conventional LS estimator. When GA doesn’t change cumulative change less than value defined in ANN code, it will stop training. At last, channel is estimated using stored weights in ANN for the lowest MSE, it is the estimated channel by ANN-GA.14Artificial Neural Network trained by Genetic Algorithm for Smart MIMO Channel Estimation forDownlink - LTE Advance SystemFigure 5. Channel Estimation using ANN trained byGenetic Algorithm [19]IV.SIMULATION PARAMETERS AND RESULTS A.Simulation Parameters for LS Channel Estimator The simulation parameters for Vienna LTE-A Link level simulator for LS channel estimator are listed in Table I.TABLE I.SIMULATION PARAMETERS FOR LSCHANNEL ESTIMATORB.ANN based simulation parametersThe simulation parameters for different Neural Networks are as in Table II.TABLE II.SIMULATION PARAMETERS FOR FFNN, CASCADE-FORWARD ANN,LRNAND ANN-GA BASEDESTIMATORSIn Feed-forward neural network, Cascade-forward neural network and Layered Recurrent Neural Network (LRN), the ANN is trained with reference symbols, which is complex type matrix. The target sample set is presented to the ANN in the form of result or estimated channel obtained by Least Square (LS) complex type matrix. The learning of the ANN is done in the training phase during which the ANN adjusts its weights according to training algorithm. The ANN is trained for 1000 epochs.After that, ANN is trained with 100 generations during which GA continuously check mean square error (MSE) between estimated channel by ANN-GA and estimated channel by actual conventional LSestimator. When GA doesn’t change cumulative change less than value defined in ANN code, it will stop training. At last, channel is estimated using stored weights in ANN for the lowest MSE, it is the estimated channel by ANN-GA. In this paper, Comparative Effect of different ANN Architecture and new technique (ANN-GA) for MIMO Channel estimation for AWGN and Flat Rayleigh is described for downlink LTE-Advanced System. Fig. 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 and 13 show the Throughput versus SNR results for comparison of different neural networks based channel estimation method with LS channel estimator and Ideal Channel for Closed Loop Spatial Multiplexing-Single User Multi-input Multi-output (2×2 and 4×4) (CLSM-SUMIMO) for AWGN and Flat Rayleigh Channel.Fig. 6, 7, 8 and 9 show the Throughput versus SNR results for comparison of different neural networks based channel estimation method with LS channel estimator and Ideal Channel for Closed Loop Spatial Multiplexing-Single User Multi-input Multi-output (2×2 and 4×4) (CLSM-SUMIMO) for AWGN Channel. Fig.7 and 9 are column chart representation of Fig. 6 and 8, respectively.From Fig. 6, 7, 8 and 9, Cascade-forward neural network is the worst ANN for this application. Feed-Artificial Neural Network trained by Genetic Algorithm for Smart MIMO Channel Estimation for15 Downlink - LTE Advance Systemforward neural network and Layered Recurrent Neural Network (LRN) are giving better performance than Cascade-forward neural network. But, ANN trained by Genetic Algorithm (ANN-GA) is the most effective to improve performance and shows better results for SNR range 0 dB to 30 dB when compared to ANN based Channel estimators using Feed-forward neural network, Layered Recurrent Neural Network and Cascade-forward neural network and traditional method LS estimator. It gives 0.972 Mbps, 1.919 Mbps, 4.198 Mbps, 6.848 Mbps, 8.807 Mbps, 9.76 Mbps and 9.76 Mbps for CLSM-MIMO (2×2) and 1.434 Mbps, 3.977 Mbps, 7.994 Mbps, 11.36 Mbps, 16.31 Mbps, 18.51 Mbps and 18.51 Mbps for CLSM-MIMO (4×4) at 0, 5, 10, 15, 20, 25 and 30 dB respectively which are the best performances when compared to Feed-forward neural network, Cascade-forward neural network, Layered Recurrent Neural Network and traditional Least Square (LS) methods.Figure 6. Throughput v/s SNR for ANN based channel estimators in comparison with LS and Perfect Channel inCLSM-MIMO (2×2) for AWGN ChannelFigure 7. Throughput v/s SNR for ANN based channel estimators in comparison with LS and Perfect Channel inCLSM-MIMO (2×2) for AWGN ChannelFigure 8. Throughput v/s SNR for ANN based channel estimators in comparison with LS and Perfect Channel inCLSM-MIMO (4×4) for AWGN ChannelFigure 9. Throughput v/s SNR for ANN based channelestimators in comparison with LS and Perfect Channel inCLSM-MIMO (4×4) for AWGN ChannelFig. 10, 11, 12 and 13 show the Throughput versusSNR results for comparison of different neural networks based channel estimation method with LS channel estimator and Ideal Channel for Closed Loop Spatial Multiplexing-Single User Multi-input Multi-output (2×2 and 4×4) (CLSM-SUMIMO) for Flat Rayleigh Channel. Fig. 11 and 13 are column chart representation of Fig. 10 and 12, respectively.From Fig. 10, 11, 12 and 13, Cascade-forward neural network is the worst ANN for this application. Feed-forward neural network is giving better performance than Cascade-forward neural network. But, ANN trained by Genetic Algorithm (ANN-GA) is the most effective to improve performance and shows better results for SNR range 0 dB to 30 dB when compared to ANN based Channel estimators using Feed-forward neural network, Layered Recurrent Neural Network (LRN) and Cascade-forward neural network and traditional method LS estimator. It gives 1.03 Mbps, 1.892 Mbps, 3.448 Mbps, 5.065 Mbps, 7.158 Mbps, 8.463 Mbps and 9.106SNR (dB)T H R O U G H P U T (M b p s )Comparative Performance Analysis of ANN Based CLSM MIMO (2×2) Channel Estimation SNR (dB)T H R O U G H P U T (M b p s )Comparative Performance Analysis of ANN Based CLSM MIMO (4×4) Channel Estimation16 Artificial Neural Network trained by Genetic Algorithm for Smart MIMO Channel Estimation forDownlink - LTE Advance SystemMbps for CLSM-MIMO (2×2) and 1.502 Mbps, 2.846 Mbps, 5.562 Mbps, 8.072 Mbps, 11.83 Mbps, 15.48 Mbps and 17.48 Mbps for CLSM-MIMO (4×4) at 0, 5, 10, 15, 20, 25 and 30 dB respectively which are the best performances when compared to Feed-forward neural network, Cascade-forward neural network, Layered Recurrent Neural Network (LRN) and traditional Least Square (LS) methods. From Fig. 10, It is also giving throughput performance better than Ideal Channel for SNR range from 15 dB to 22 dB for CLSM-MIMO (4×4) in Flat Rayleigh channel.Figure 10. Throughput v/s SNR for ANN based channel estimators in comparison with LS and Perfect Channel inCLSM-MIMO (2×2) for Flat Rayleigh ChannelFigure 11. Throughput v/s SNR for ANN based channel estimators in comparison with LS and Perfect Channel inCLSM-MIMO (2×2) for Flat Rayleigh ChannelFigure 12. Throughput v/s SNR for ANN based channel estimators in comparison with LS and Perfect Channel inCLSM-MIMO (4×4) for Flat Rayleigh ChannelFigure 13. Throughput v/s SNR for ANN based channelestimators in comparison with LS and Perfect Channel inCLSM-MIMO (4×4) for Flat Rayleigh ChannelV. CONCLUSIONIn this paper, Comparative Effect of ANN Architectures and ANN trained by Genetic Algorithm (ANN-GA) for MIMO Channel Estimation for AWGN and Flat Rayleigh in downlink LTE-Advanced System is introduced. This method is based on a learning process that uses a training sequence for adaptation to achieve a desired performance. Comparative analysis of proposed estimation method, ANN trained by Genetic Algorithm (ANN-GA) with traditional LS channel estimation technique and other different three ANN Architecture based channel estimators are carried out for Closed Loop Spatial Multiplexing-Single User Multi-input Multi-output (2×2 and 4×4) (CLSM-SUMIMO) in MATLAB Version: 8.1.0.604 (R2013a). Simulation results show better performance in terms of throughput for the proposed ANN trained by Genetic Algorithm (ANN-SNR (dB)T H R O U G H P U T (M b p s )Comparative Performance Analysis of ANN Based CLSM MIMO (2×2) Channel Estimation SNR (dB)T H R O U G H P U T (M b p s )Comparative Performance Analysis of ANN Based CLSM MIMO (4×4) Channel EstimationArtificial Neural Network trained by Genetic Algorithm for Smart MIMO Channel Estimation for 17Downlink - LTE Advance SystemGA). It shows better results when compared to traditional LS channel estimation technique and ANN based Channel estimation techniques using Feed-forward neural network, Layered Recurrent Neural Network (LRN) and Cascade-forward neural network. The performance of channel estimator can be further enhanced by using other hybrid techniques for training Artificial Neural Networks.ACKNOWLEDGEMENTThe authors are grateful to the staff of Department of Electrical Engineering, Faculty of Technology and Engineering, The Maharaja Sayajirao University of Baroda, for their support. This work has been supported by the grant from Department of Science and Technology (DST), Government of India, under the Women Scientist (WOS-A) Scheme.REFERENCES[1]3GPP TR 36.913, ―3GPP; Technical SpecificationGroup Radio Access Network. Requirements for further advancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA),‖ v.9.0.0, December 2009.[2]M. 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