持向量机的RBF神经网络优化算法及应用

合集下载

RBF神经网络:原理详解和MATLAB实现

RBF神经网络:原理详解和MATLAB实现

RBF神经⽹络:原理详解和MATLAB实现RBF神经⽹络:原理详解和MATLAB实现——2020年2⽉2⽇⽬录RBF神经⽹络:原理详解和MATLAB实现 (1)⼀、径向基函数RBF (2)定义(Radial basis function——⼀种距离) (2)如何理解径向基函数与神经⽹络? (2)应⽤ (3)⼆、RBF神经⽹络的基本思想(从函数到函数的映射) (3)三、RBF神经⽹络模型 (3)(⼀)RBF神经⽹络神经元结构 (3)(⼆)⾼斯核函数 (6)四、基于⾼斯核的RBF神经⽹络拓扑结构 (7)五、RBF⽹络的学习算法 (9)(⼀)算法需要求解的参数 (9)0.确定输⼊向量 (9)1.径向基函数的中⼼(隐含层中⼼点) (9)2.⽅差(sigma) (10)3.初始化隐含层⾄输出层的连接权值 (10)4.初始化宽度向量 (12)(⼆)计算隐含层第j 个神经元的输出值zj (12)(三)计算输出层神经元的输出 (13)(四)权重参数的迭代计算 (13)六、RBF神经⽹络算法的MATLAB实现 (14)七、RBF神经⽹络学习算法的范例 (15)(⼀)简例 (15)(⼆)预测汽油⾟烷值 (15)⼋、参考资料 (19)⼀、径向基函数RBF定义(Radial basis function——⼀种距离)径向基函数是⼀个取值仅仅依赖于离原点距离的实值函数,也就是Φ(x)=Φ(‖x‖),或者还可以是到任意⼀点c的距离,c点称为中⼼点,也就是Φ(x,c)=Φ(‖x-c‖)。

任意⼀个满⾜Φ(x)=Φ(‖x‖)特性的函数Φ都叫做径向基函数。

标准的⼀般使⽤欧⽒距离(也叫做欧式径向基函数),尽管其他距离函数也是可以的。

在神经⽹络结构中,可以作为全连接层和ReLU层的主要函数。

⼀些径向函数代表性的⽤到近似给定的函数,这种近似可以被解释成⼀个简单的神经⽹络。

径向基函数在⽀持向量机中也被⽤做核函数。

常见的径向基函数有:⾼斯函数,⼆次函数,逆⼆次函数等。

rbf神经网络原理

rbf神经网络原理

rbf神经网络原理
RBF神经网络是一种基于径向基函数(Radial Basis Function,简称RBF)的人工神经网络模型。

它在解决分类和回归等问题上具有优良的性能和灵活性。

RBF神经网络的基本思想是利用一组基函数来表示输入空间中的复杂映射关系。

这些基函数以输入样本为中心,通过测量样本与中心之间的距离来计算输出值。

常用的基函数包括高斯函数、多项式函数等。

与传统的前馈神经网络不同,RBF神经网络采用两层结构,包括一个隐含层和一个输出层。

隐含层的神经元是基函数的中心,负责对输入样本进行映射。

输出层的神经元用于组合隐含层的输出,并产生网络的最终输出结果。

RBF神经网络的训练过程分为两个阶段:中心选择和参数调整。

在中心选择阶段,通过聚类算法来确定基函数的中心,例如K-means聚类算法。

在参数调整阶段,使用误差反向传播算法来调整基函数的权值和输出层的权值。

RBF神经网络具有较强的非线性拟合能力和逼近性能。

它可以处理高维数据和大规模数据集,并且对于输入空间中的非线性映射具有较好的适应性。

此外,RBF神经网络还具有较快的训练速度和较好的泛化能力。

总结来说,RBF神经网络通过基函数的组合来实现对输入样
本的映射,从而实现对复杂映射关系的建模。

它是一种强大的人工神经网络模型,在多个领域和问题中表现出色。

RBF神经网络

RBF神经网络

6. 调用 void RBFNet::lms(),采用梯度训练算法,由 u[1],计算权值 w,并保存在 w[2]数组 之中,同时计算出输出的结果,保存在 u[2]之中; 7. 调用 double RBFNet::getwucha(),计算 u[2]与样本输出之间的误差大小(选择不同的聚 类中心数,分别计算误差,选出误差最小时的聚类中心数目); 8. 调用 void RBFNet::saveW(double *newW),将计算出的权值,以文件的形式保存下来,以 方便下次调用; 9. 调用 void RBFNet::saveGaosi(double *newG),同上,保存高斯因子,将训练好的网络保 存下来;
RBF 神经网络: RBF 神经网络又称为径向基函数神经网络是一类常用的 3 层前馈网络, 也可用于函数逼近及 分类,常用的 RBF 网络为 n-h-m 结构,即网络具有 n 个输入,h 个隐节点,m 个输出。 RBF 的常用算法用:聚类方法,梯度训练方法,正交最小二乘算法等等,在本次算法实现过 程中,主要用到了聚类方法和梯度训练方法。 常用的 RBF 算法实现流程是: 1. 算法初始化:选择 h 个不同的初始聚类中心,并令 k=1。初始聚类中心的方法很多,比 如,从样本输入中随机选取,或者选择前 h 个样本输入,但这 h 个初始数据中心必须取 不同值。距离||X j –c i(k)||,i=1,2,· · ·,h,j=1,2,· · ·,N。 3. 对样本输入 X j 按最小距离原则对其进行分类: 即当 i(X j)=min||X j –c ( k ) || , i=1,2, · · · ,h i 时,X j 即被归化为第 i 类,将 n 个输入分为 h 类。 4. 重新计算各类的新的聚类中心: C i(k+1)=Ni

神经网络控制(RBF)

神经网络控制(RBF)

神经网络控制(RBF)神经网络控制(RBF)是一种基于径向基函数(RBF)的神经网络,用于控制系统,其主要功能是通过对输入信号进行处理来实现对系统输出的控制。

通过神经网络控制,控制器可以学习系统的动态行为和非线性模型,从而使得控制器能够自适应地进行调整和优化,实现对系统的精确控制。

RBF 网络通常由三层组成:输入层、隐藏层和输出层。

输入层接受系统的输入信号,并将其传递到隐藏层,隐藏层对输入数据进行处理并输出中间层的值,其中每个中间层神经元都使用一个基函数来转换输入数据。

最后,输出层根据隐藏层输出以及学习过程中的权重调整,计算并输出最终的控制信号。

RBF 网络的核心是数据集,该数据集由训练数据和测试数据组成。

在训练过程中,通过输入训练数据来调整网络参数和权重。

训练过程分为两个阶段,第一阶段是特征选择,该阶段通过数据挖掘技术来确定最优的基函数数量和位置,并为每个基函数分配一个合适的权重。

第二阶段是更新参数,该阶段通过反向传播算法来更新网络参数和权重,以优化网络的性能和控制精度。

RBF 网络控制的优点在于其对非线性控制问题具有优秀的适应性和泛化性能。

另外,RBF 网络还具有强大的学习和自适应调整能力,能够学习并预测系统的动态行为,同时还可以自动调整参数以提高控制性能。

此外,RBF 网络控制器的结构简单、易于实现,并且具有快速的响应速度,可以满足实时控制应用的要求。

然而,RBF 网络控制也存在一些局限性。

首先,RBF 网络需要大量的训练数据来确定最佳的基函数数量和位置。

此外,由于网络参数和权重的计算量较大,实时性较低,可能存在延迟等问题。

同时,选择合适的基函数以及与其相应的权重也是一项挑战,这需要在控制问题中进行深入的技术和经验探索。

总体而言,RBF 网络控制是一种非常有效的控制方法,可以在广泛的控制问题中使用。

其结构简单,性能稳定,具有很强的适应性和泛化性能,可以实现实时控制,为复杂工业控制问题的解决提供了一个重要的解决方案。

基于LS-SVR算法改进的RBF神经网络及其在股价预测中的应用

基于LS-SVR算法改进的RBF神经网络及其在股价预测中的应用

0 引 言
径 向基 函数 神经 网络 ( a i ai F n t nNe rl t o k B NN) 2 R da B s u ci u a New r ,R F l s o 是 O世纪 8 0年 代末 由莫 迪
( . o y 和达肯 ( . a k n 提 出 的[ , 具有 结构 简 单 、 J Mo d ) C D re ) 1其 ] 逼近 能 力 强和 收 敛速 度 快 等优 点 , 已证 明它 现 能 以任 意精 度逼 近任 意连 续 函数 [ . 是 对 于 径 向基 函 数 中心 和径 向基 函数 宽 度 的 确定 , 2但 ] 以及 如何 解 决
求 解 上式 得 出非线 性 回归 函数 :
,z 一∑口 ( ) () z +b K
令 K( ) 7 —A, 口和 b分别 为 : —A ( x , + -I 则 a ~b1 , 一1 /1 - 1 其 中非零 参数 口 所对 ) b A A , 应 的向量 称 为 支持 向量 .
构造 其拉 格 朗 日函数 为 +b 一y (, 口 Qcb ) , ) c, J ) +8 i [ ]
f 1 =
现对 各个 参数求 偏导 并令其 为零 , 得 : 可

a L
一 。 c : c ,
a (
= 。 = =
) 中ll欧 , l1 几 式 ・为
里 得 范数 , 为 隐节点 的 中心 , 为 隐节点 的宽度 , 径 向基 函数 的个 数 ;。 示 偏 差 ; 示 隐节 点 与 是 a表 ∞表

18 1 ・
陕 西 科 技 大 学 学 报
第 2 9卷
支持 向量机 是 由两层 构成 : 一 层从 由核定 义 的给 定基 的 集 第 合 中选 择基 K( z ) i 1 2 … ,; 二 层 在 这一 空 间 中构造 一 x, , 一 , , z第

RBF神经网络算法研究及其在高维数据预处理中的应用

RBF神经网络算法研究及其在高维数据预处理中的应用

摘要当今人类社会已经进入了大数据时代,数据大多呈现出维数高、规模大、结构复杂等特性。

在大数据的研究当中,许多数据如媒体数据、遥感数据、生物医学数据、社交网络数据、金融数据等都是高维数据,尤其是在人类生产生活中,含高维数据的无解析模型或一次候选解的评价计算成本十分巨大的昂贵多目标问题,对其仿真求解势必面临维数灾难。

因此,寻找合适的降维方法处理高维数据已是迫切需求。

神经网络是模拟人脑的结构和功能而建立起来的分布式信息处理系统,面对高维多目标优化等非线性问题,与其他降维方法相比,神经网络具有巨大的优势,这得益于神经网络具有高度非线性、结构复杂、自学习、自适应等特点。

RBF神经网络是一种新颖有效的前馈式神经网络,它具有很强的非线性映射能力,能以任意精度全局逼近一个非线性函数,而且学习速度快。

利用RBF神经网络实现对高维数据的降维预处理,不仅有充分的理论依据,而且更具优越性。

本文在对RBF神经网络算法进行优化研究的基础上,研究了基于数据驱动的特征选择RBF 神经网络降维方法,并将其应用在高维多目标优化决策空间降维预处理及Pareto 优劣性预测中。

为了提高RBF神经网络的学习效率,本文首先对RBF神经网络进行改进研究。

通过自适应调节RBF神经网络的学习率和动量因子,加快了RBF神经网络的收敛速度;同时,利用遗传算法对RBF神经网络的三个参数初始值进行优化设计,提出了一种遗传自适应RBF神经网络算法。

将改进算法分别应用于故障诊断和UCI数据集的分类实验上,验证了改进RBF神经网络算法的有效性和优越性。

针对无解析模型的高维多目标优化问题,提出了一种最大信息系数与最大相关最小冗余相结合的特征选择方法,利用遗传自适应RBF神经网络算法在高维特征空间中选取出了一个低维的特征子集,从而实现对高维特征空间的降维。

通过在UCI数据集上的分类实验,证明了该降维算法在保证较好分类精度的前提下,大大减少了计算成本。

为了降低高维多目标优化的维数灾难,将本文提出的基于最大冗余最小相关的遗传自适应RBF神经网络特征选择算法用于多目标优化中的决策空间降维预处理,进行Pareto优劣性预测并将其嵌入MOEAs算法。

rbf神经网络原理

rbf神经网络原理

rbf神经网络原理RBF(RadialBasisFunction)神经网络是一种广泛应用的人工神经网络,它以其准确性和高精度被广泛应用于多种领域,其中有建模预测、模式识别和控制系统等。

本文首先介绍了RBF神经网络的基本原理,然后介绍了其优势及模式识别应用,最后重点介绍了其在控制系统研究中的应用。

RBF神经网络的原理是在一个给定的期望输出集合中,通过学习总结出一组带有可调整参数的基函数分布,以此来进行近似。

它的本质是一个二次形式的最小二乘函数:E(w)=∑i{p[i]-yd[i]^2}+∑jε{wj*hj(x)}其中p[i]是第i个观测点的期望输出,hj(x)是第j个基函数,wj是它的参数,yd[i]是第i个点的实际输出值。

基函数通常用高斯函数形式,其参数会在学习过程中不断调整,使得建模能够准确拟合实际数据。

RBF神经网络的优势在于其具有可解释性、快速学习速度、无局部极小点和可扩展性等特点,即其可以有效解决复杂的系统建模和控制问题。

在模式识别方面,由于RBF神经网络具有很高的识别精度,它被广泛用于语音识别、图像分类等复杂任务。

例如,一些研究者使用RBF神经网络来识别人脸图像,以及基于光学字符识别的文本翻译系统,其准确率高达99%。

另外,RBF神经网络也被广泛用于控制系统领域,其中包括机器人控制、动力系统控制及非线性系统的鲁棒控制和稳定控制等。

例如,研究者使用RBF神经网络设计了一种可用于机器人末端重力补偿的非线性控制器,提高了机器人对负载变化的响应效果。

总而言之,RBF神经网络具有可解释性、快速学习速度、无局部极小点和可扩展性等优势,广泛应用于各种领域,如模式识别、控制系统设计等。

通过RBF神经网络可以更好地解决复杂的实际问题,具有极大的应用价值。

RBF神经网络

RBF神经网络

的权向量为:W = [w , w
1
b j为节点的基宽度参数 , 且为大于零的数 。 网络 为节点的基宽度参数, 且为大于零的数。
2
⋯wj ⋯wm ]
k时刻网络的输出为: 时刻网络的输出为:
y m ( k )=wh = w1h1+w 2 h2+ ⋯⋯ +w m hm
设理想输出为y(k), 设理想输出为y(k),则性能指标函数为:
∂y (k ) ∂ym (k ) ≈ = ∂u (k ) ∂u (k )
m
∑w h
j =1
c1 j − x1 b2 j
j j
其中取 x1 = u(k) 。
6 RBF网络逼近仿真实例 RBF网络逼近仿真实例
使用RBF网络逼近下列对象:
y (k ) = u (k ) +
3
y ( k − 1) 1 + y ( k − 1)
Ii
wij
I
j
I1
. . .
R1
. . .
. .u .
u ..
R
j
. . .
1
1
.
V1
C1
. . .
j
j
.
Vj
.
u ..
Cj
i
i
.V
i
Ri
.
Ci
Hopfield网络模型 Hopfield网络模型
RBF神经网络 RBF神经网络
信息工程学院 Alen Fielding
1 RBF神经网络 RBF神经网络
径向基函数(RBF径向基函数(RBF-Radial Basis Function)神经网络 Function)神经网络 是由J Moody和 Darken在80年代末提出的一种神经 是由J.Moody和C.Darken在80年代末提出的一种神经 网络,它是具有单隐层的三层前馈网络。 网络,它是具有单隐层的三层前馈网络。由于它模拟 了人脑中局部调整、相互覆盖接收域(或称感受野了人脑中局部调整、相互覆盖接收域(或称感受野Receptive Field)的神经网络结构,因此,RBF网络 Field)的神经网络结构,因此,RBF网络 是一种局部逼近网络, 是一种局部逼近网络 , 它能够以任意精度逼近任意 连续函数,特别适合于解决分类问题。 连续函数,特别适合于解决分类问题。

对RBF神经网络的改进及应用

对RBF神经网络的改进及应用

3 实例应用
为了验证和比较改进的 RB F 神经网络的有效 性和实用性 , 将改进的 RBF 神经网络应用到轴流 转桨式水轮机数字协联关系的建立。 转桨式水轮机调节系统设置有导叶和桨叶两 个调节机构 , 在调节过程中 , 导叶开度和桨叶转 角之间存在着最佳配合关系 , 即协联关系 。 通过 协联调节 , 可以保证水轮机在各工况下实现高效 率运行 。 在实际中 ,常常用桨叶开度 φ与导叶开度 a 和 水轮机工作水头 H 之间的关系表示协联关系 ,即有 φ = f ( a , H) 。 一般要通过试验获得反映该关系的数据 , 采 用数字化调速器对水轮发电机组进行控制。 可以 在实验数据的基础上 , 建立人工神经网络的数学 模型以描述协联关系 , 即建立数字协联模型 , 以构 成相应的智能控制模块。 利用神经网络拟合协联 数据 ,将协联关系看作是一个具有双输入 ( 导叶开 度 a 和水头 H) 、 单输出 ( 桨叶转角 φ) 网络 ,可以实 [5] 现全协联区域内的连续取值 。 为了提高神经网络 模型的拟合精度 , 这里采用改进后的 RB F 神经网 络建立数字协联模型 。
[1 ,4 ]

2 RBF 网络的改进及训练过程
RBF 网络主要是通过径向基的核函数来实现 模式聚类和数值逼近 , 对于分布较规则的样本集 ( 即类与类之间交错较少 , 类间距离较远 , 类内距 离较近 ) , 可以采用一个类对应一个核函数的方 法。 但是对于类与类之间彼此交错 , 类内距离较远 的样本集 ,这种方法显然会引起较严重的错分。 如 果用一个样本对应一个核函数 , 那么网络的泛化 能力就比较差 ,当样本集很大时 , 那么核函数就会 很多 ,影响网络性能 。 本文提出的改进方法是在一 般三层 RBF 前向网络的基础上 , 增加了输入层与 输出层的直接联系 ,如图 2 所示 。 其好处是 ,由于增 加了输入与输出的直接连接 , 输入层的信息能够 直接的作用并影响输出层的行为 , 从而能有效地

支持向量机与神经网络算法的对比分析

支持向量机与神经网络算法的对比分析

支持向量机与神经网络算法的对比分析支持向量机与神经网络算法是两种常用的机器学习算法,它们在分类和回归问题中都有着广泛的应用。

本文将对支持向量机和神经网络算法进行对比分析,从原理、特点、优缺点以及适用场景等方面进行综合比较,以便读者能够更清楚地了解这两种算法的特点和应用场景。

一、支持向量机算法简介支持向量机(Support Vector Machine,SVM)是一种用于分类和回归分析的监督学习模型,属于机器学习的一种。

其基本思想是找到一个最优的超平面,使得不同类别的样本点能够被分隔开,并且与这个超平面的距离尽可能的远。

具体来说,就是要找到一个能够将不同类别的样本点尽可能远离的分割超平面,使得这个超平面到最近的样本点的距离最大化。

支持向量机的优势在于其可以处理高维数据,并且对于非线性数据有较好的分类效果。

通过引入核函数,支持向量机可以将非线性数据映射到高维空间中进行线性分类,从而解决了原始空间中无法线性分类的问题。

二、神经网络算法简介神经网络(Neural Network,NN)是一种模拟人脑神经元网络结构和工作机制的人工智能算法。

它由多个神经元组成,每个神经元接收来自其他神经元的输入信号,并产生输出信号,输出信号再传递给其他神经元。

神经网络通过不断的训练学习,可以自动提取数据中的特征,从而实现对数据的分类和回归分析。

神经网络的优势在于它可以通过多层神经元之间的连接关系来学习数据的复杂特征,对于非线性数据有较好的处理能力。

神经网络还可以通过反向传播算法不断地调整模型参数,使得模型能够更好地拟合数据,提高模型的泛化能力。

三、对比分析1. 原理和特点支持向量机的原理是基于找到一个最优的超平面来实现分类,其特点是可以处理高维数据,并且在特征空间上通过引入核函数来进行非线性分类。

而神经网络是通过模拟人脑神经元的连接关系来实现对数据的学习和分类,其特点是可以学习数据的复杂特征,并且通过反向传播算法来不断地调整模型参数。

RBF网络原理及应用

RBF网络原理及应用

RBF网络原理及应用RBF(Radial Basis Function)网络是一种基于radial基函数的前向神经网络,它是一种具有局部适应性和全局逼近能力的非线性模型。

其原理和应用如下:1.原理:RBF网络由输入层、隐藏层和输出层组成。

隐藏层的每一个神经元使用具有特定中心和宽度参数的radial基函数作为激活函数。

输入信号通过输入层传递到隐藏层,隐藏层的神经元计算输入信号与其对应的中心的距离,并将距离作为输入信号传递给输出层。

输出层的神经元根据权重和输入信号计算输出值。

整个网络通过不断调整隐藏层的参数和输出层的权重来进行训练,以实现模型的优化。

2.应用:-回归分析:RBF网络可以用于函数逼近问题,通过学习输入值与输出值之间的函数关系,实现对未知输入的预测。

例如,可以用RBF网络建模销售数据,根据历史数据预测未来销售情况。

-控制系统:RBF网络可以用于建立非线性的控制模型。

通过学习输入与输出之间的非线性映射,可以根据输入信号来控制输出信号,实现控制系统对复杂非线性过程的控制。

-时间序列预测:RBF网络可以用于预测时间序列数据,如股票价格、气温变化等。

通过学习历史数据的模式,可以对未来的趋势和变化进行预测。

3.RBF网络的优势:-具有局部适应性:每个隐藏神经元只对输入空间的一部分进行响应,具有局部适应性,更适合处理复杂非线性问题。

-具有全局逼近能力:通过增加足够多的隐藏神经元,RBF网络可以以任意精度逼近任何连续函数,具有较强的全局逼近能力。

-训练简单:RBF网络的训练相对简单,可以使用基于梯度下降法的误差反向传播算法进行训练。

-鲁棒性高:RBF网络对噪声和输入变化具有较好的鲁棒性,在一定程度上可以处理输入数据中的不确定性。

总结起来,RBF网络是一种基于radial基函数的前向神经网络,具有局部适应性、全局逼近能力以及鲁棒性高等优点。

它在模式识别、回归分析、控制系统、时间序列预测等领域有广泛应用,并且可以通过简单的训练方法进行优化。

rbf神经网络原理

rbf神经网络原理

rbf神经网络原理RBF神经网络是一种对输入输出非线性关系的建模方法,它能够有效地提取非线性的特征。

RBF神经网络的全称是“基于径向基函数的神经网络”(radial basis function neural network),它是一种基于模式识别、计算机视觉以及语音识别等任务的有效工具。

它有多种不同的应用,包括控制系统设计、语音识别、机器学习、数据挖掘等。

RBF神经网络的基本原理是将输入空间划分到多个互不重叠的子空间,每个子空间由一个独立的RBF函数来描述。

RBF函数是一种非线性函数,它可以有效地提取输入信号的非线性特征,从而实现非线性输入输出关系的建模。

RBF神经网络的基本结构由三部分组成:输入层、隐层和输出层。

输入层首先接收输入信号,并将输入信号传递到隐层。

然后,隐层根据RBF函数的参数计算出响应信号,并将其传递到输出层。

最后,输出层将响应信号进行综合处理,并计算出最终的输出结果。

作为一种有效的建模方法,RBF神经网络在模式识别、计算机视觉、语音识别等多个领域的应用越来越广泛。

它的基本原理是通过将输入空间划分为多个互不重叠的子空间,每个子空间由一个RBF函数来描述,从而有效地提取数据中的非线性特征,并通过输入层、隐层和输出层之间的联系实现非线性输入输出关系的建模,从而解决复杂的任务。

RBF神经网络的优点在于它能够有效地提取非线性的特征和信息,它能够高效地处理大规模的输入输出数据,而且它的计算量较小,可以实现快速的计算。

此外,RBF神经网络还具有良好的学习能力和泛化能力,因此,它可以对输入输出关系进行更准确的建模,从而实现更好的效果。

尽管RBF神经网络有很多优点,但它也存在一些缺点。

首先,它受到输入数据规模的限制,在处理大规模的输入信号时,效率会很低。

其次,它的训练过程复杂,需要调整多个参数,因此,它的训练时间较长。

最后,它还存在可靠性的问题,因为它的训练决定了它的计算结果的可靠性,因此,在某些特定情况下,可能无法实现可靠的计算结果。

径向基神经网络的介绍及其案例实现

径向基神经网络的介绍及其案例实现

径向基神经网络的介绍及其案例实现径向基(RBF)神经网络是一种常用的人工神经网络模型,它以径向基函数作为激活函数来进行模式分类和回归任务。

该网络在模式识别、函数逼近、数据挖掘等领域都具有良好的性能,并且具有较好的泛化能力。

引言:径向基(RBF)神经网络最早是由Broomhead和Lowe于1988年引入的,它是一种前馈式神经网络。

RBF神经网络的主要思想是以输入向量与一组高斯函数的基函数作为输入层,然后再通过隐藏层进行特征映射,最后通过输出层进行模式分类或回归。

1.RBF神经网络的结构:RBF神经网络包括输入层、隐藏层和输出层三层。

输入层负责接收输入向量,隐藏层负责特征映射,输出层负责输出结果。

输入层:输入层接收具有所要分类或回归的特征的数据,通常使用欧几里德距离计算输入层的神经元与输入向量之间的距离。

隐藏层:隐藏层是RBF神经网络的核心部分,它通过一组径向基函数来进行特征映射。

隐藏层的神经元数量通常和训练样本数量相同,每个神经元负责响应一个数据样本。

输出层:输出层根据隐藏层的输出结果进行模式分类或回归预测,并输出网络的最终结果。

2.RBF神经网络的训练:RBF神经网络的训练主要包括两个步骤:聚类和权值调整。

聚类:首先通过K-means等聚类算法将训练样本划分为若干个类别,每个类别对应一个隐藏层神经元。

这样可以将输入空间划分为若干个区域,每个区域中只有一个样本。

权值调整:通过最小化残差误差或最小化目标函数来优化隐藏层和输出层的权值。

常用的优化算法有最小二乘法、梯度下降法等。

3.RBF神经网络的案例实现:案例1:手写数字识别案例2:股票市场预测RBF神经网络也可以应用于股票市场的预测。

该案例中,RBF神经网络接收一组与股票相关的指标作为输入,通过隐藏层的特征映射将指标转化为更有意义的特征表示,最后通过输出层进行未来股价的回归预测。

该系统的训练样本为历史股票数据以及与之对应的未来股价。

结论:径向基(RBF)神经网络是一种应用广泛且效果良好的人工神经网络模型。

径向基神经网络学习算法

径向基神经网络学习算法

径向基神经网络学习算法径向基神经网络(Radial Basis Function Neural Network, RBF)是一种人工神经网络,常用于模式识别、函数逼近和分类问题等。

它的核心思想是利用径向基函数对输入数据进行映射,并通过训练来优化网络参数。

本文将介绍径向基神经网络的学习算法,并解释其算法步骤。

以下是径向基神经网络学习算法的步骤:1.数据预处理:将原始数据划分为训练集和测试集。

通常,训练集用于训练网络参数,而测试集用于评估网络性能。

2. 参数初始化:初始化径向基函数的中心和宽度,通常可以使用聚类算法(如K-means)对训练集进行聚类,其中每个聚类中心作为一个径向基函数的中心。

宽度可以根据聚类结果设置为聚类中心之间的最大距离。

3.训练隐含层权重:对于每个训练样本,计算其到每个径向基函数中心的距离,并将距离作为隐含层神经元的输入。

可以选择不同的径向基函数,常用的包括高斯函数和多项式函数。

然后,通过解线性回归问题,以最小化误差来调整隐含层的权重。

5.网络评估:使用测试集评估网络性能。

可以使用各种指标(如精确度、召回率和均方根误差)来评估网络的准确性和鲁棒性。

径向基神经网络的优点是可以处理非线性问题,并且在训练过程中可以进行参数的在线调整。

此外,它还避免了梯度消失问题。

然而,径向基神经网络也有一些缺点,如需要选择合适的径向基函数和确定合适的隐含层神经元数量。

在实际应用中,径向基神经网络在模式识别、函数逼近和分类问题等方面取得了很多成功。

它可以用于人脸识别、语音识别、股票预测和异常检测等领域。

总之,径向基神经网络是一种有效的学习算法,可以用于解决非线性问题。

通过合适的参数初始化和训练过程,它可以准确地拟合数据,并在实际应用中获得良好的性能。

RBF神经网络概述

RBF神经网络概述

RBF 神经网络概述1 RBF 神经网络的基本原理2 RBF 神经网络的网络结构3 RBF 神经网络的优点1 RBF 神经网络的基本原理人工神经网络以其独特的信息处理能力在许多领域得到了成功的应用。

它不仅具有强大的非线性映射能力,而且具有自适应、自学习和容错性等,能够从大量的历史数据中进行聚类和学习,进而找到某些行为变化的规律。

径向基函数(RBF)神经网络是一种新颖有效的前馈式神经网络,它具有最佳逼近和全局最优的性能,同时训练方法快速易行,不存在局部最优问题,这些优点使得RBF 网络在非线性时间序列预测中得到了广泛的应用。

1985年,Powell 提出了多变量插值的径向基函数(Radial-Basis Function, RBF)方法。

1988年,Broomhead 和Lowe 首先将RBF 应用于神经网络设计,构成了径向基函数神经网络,即RBF 神经网络。

用径向基函数(RBF)作为隐单元的“基”构成隐含层空间,对输入矢量进行一次变换,将低维的模式输入数据变换到高维空间内,通过对隐单元输出的加权求和得到输出,这就是RBF 网络的基本思想。

2 RBF 神经网络的网络结构RBF 网络是一种三层前向网络:第一层为输入层,由信号源节点组成。

第二层为隐含层,隐单元的变换函数是一种局部分布的非负非线性函数,他对中心点径向对称且衰减。

隐含层的单元数由所描述问题的需要确定。

第三层为输出层,网络的输出是隐单元输出的线性加权。

RBF 网络的输入空间到隐含层空间的变换是非线性的,而从隐含层空间到输出层空间的变换是线性。

不失一般性,假定输出层只有一个隐单元,令网络的训练样本对为{,}(1,2,...,)n n X d n N =,其中12[,,...,],(1,2,...,)T n n n nM X x x x n N ==为训练样本的输入,(1,2,...,)n d n N =为训练样本的期望输出,对应的实际输出为(1,2,...,)n Y n N =;基函数(,)i X t ϕ为第i 个隐单元的输出12[,,...,,...,](1,2,...,)i i i im iM t t t t t i I ==为基函数的中心; (1,2,...,)i w i I =为第i 个隐单元与输出单元之间的权值。

rbf神经网络原理

rbf神经网络原理

rbf神经网络原理
RBF神经网络,即径向基函数神经网络,是一种常用的神经网络模型。

它的核心思想是通过选择合适的基函数来近似非线性函数关系,从而实现对复杂模式的学习与分类。

RBF神经网络由三层组成:输入层,隐含层和输出层。

输入层接收外部输入的数据,每个输入节点对应一个特征。

隐含层是RBF神经网络的核心,其中的每个神经元都是一个径向基函数。

在隐含层中,每个神经元都有一个中心向量和一个标准差,用于确定其基函数的形状和大小。

通过计算输入向量与神经元中心之间的距离,再经过基函数的转换,即可得到神经元的输出。

输出层是整个神经网络的分类器,它通常采用线性组合来产生最终的输出。

常见的方法是采用最小均方误差(MSE)准则函数来训练神经网络,通过调整神经元中心和标准差的参数,以最小化实际输出与期望输出之间的误差。

RBF神经网络具有以下优点:
1. 相较于传统的前馈神经网络,RBF神经网络对线性可分和线性不可分问题的逼近能力更强。

2. RBF神经网络的训练速度较快,且容易实现并行计算。

3. 网络结构简单,参数少,不容易出现过拟合问题。

4. 对于输入输出空间中的噪声和干扰具有较强的鲁棒性。

总而言之,RBF神经网络通过径向基函数的选取,能够有效地近似非线性函数,并在模式分类等任务中取得较好的结果。

RBF神经网络:原理详解和MATLAB实现

RBF神经网络:原理详解和MATLAB实现

RBF神经网络:原理详解和MATLAB实现——2020年2月2日目录RBF神经网络:原理详解和MATLAB实现 (1)一、径向基函数RBF (2)定义(Radial basis function——一种距离) (2)如何理解径向基函数与神经网络? (2)应用 (3)二、RBF神经网络的基本思想(从函数到函数的映射) (3)三、RBF神经网络模型 (3)(一)RBF神经网络神经元结构 (3)(二)高斯核函数 (6)四、基于高斯核的RBF神经网络拓扑结构 (7)五、RBF网络的学习算法 (9)(一)算法需要求解的参数 (9)0.确定输入向量 (9)1.径向基函数的中心(隐含层中心点) (9)2.方差(sigma) (10)3.初始化隐含层至输出层的连接权值 (10)4.初始化宽度向量 (12)(二)计算隐含层第j 个神经元的输出值zj (12)(三)计算输出层神经元的输出 (13)(四)权重参数的迭代计算 (13)六、RBF神经网络算法的MATLAB实现 (14)七、RBF神经网络学习算法的范例 (15)(一)简例 (15)(二)预测汽油辛烷值 (15)八、参考资料 (19)一、径向基函数RBF定义(Radial basis function——一种距离)径向基函数是一个取值仅仅依赖于离原点距离的实值函数,也就是Φ(x)=Φ(‖x‖),或者还可以是到任意一点c的距离,c点称为中心点,也就是Φ(x,c)=Φ(‖x-c‖)。

任意一个满足Φ(x)=Φ(‖x‖)特性的函数Φ都叫做径向基函数。

标准的一般使用欧氏距离(也叫做欧式径向基函数),尽管其他距离函数也是可以的。

在神经网络结构中,可以作为全连接层和ReLU层的主要函数。

如何理解径向基函数与神经网络?一些径向函数代表性的用到近似给定的函数,这种近似可以被解释成一个简单的神经网络。

径向基函数在支持向量机中也被用做核函数。

常见的径向基函数有:高斯函数,二次函数,逆二次函数等。

RBF神经网络的函数逼近能力及其算法

RBF神经网络的函数逼近能力及其算法

万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据RBF神经网络的函数逼近能力及其算法作者:柴杰, 江青茵, 曹志凯作者单位:厦门大学,化工系,厦门,361005刊名:模式识别与人工智能英文刊名:PATTERN RECOGNITION AND ARTIFICIAL INTELLIGENCE年,卷(期):2002,15(3)被引用次数:64次参考文献(36条)1.吴宗敏函数的径向基表示 1998(03)2.张乃尧阎平凡神经网络与模糊控制 19983.Mhaskar H N;Micchelli C A Approximation by Superposition of Sigrnoidal and Radial Basis Functions [外文期刊] 19924.Leshno M;Lin V Y;Pinkus A;Schocken S Multilayer Feedforward Networks with a Non-Polynomial Activation Can Approximate Any Function 19935.Hartman E J;Keeler J D;Kowalski J M Layered Neural Networks with Gaussian Hidden Units as Universal Approximators[外文期刊] 19906.Lee S;Kil R M A Gaussian Potential Function Network with Hierarchically Self-Organizing Learning 19917.Park J;Sandberg I W Universal Approximation Using Radial Basis Function Networks[外文期刊]1991(02)8.Park J;Sandberg I W Approximation and Radial Basis Function Networks 1993(02)9.Chen T P;Chen H Approximation Theory Capability to Functions of Several Variables Nonlinear Functionals and Operators by Radial Basis Functional Neural Networks[外文期刊] 1995(04)10.Li X On Simultaneous Approximations by Radial Basis Function Neural Networks[外文期刊] 1998(1)11.JONES L K A Simple Lemma on Greedy Approximation in Hilbert Space and Convergence Rates for Projection Pursuit Regression and Neural Network Training[外文期刊] 199212.Barron A R Universal Approximation Bounds for Superposition of a Sigrnoid Function[外文期刊] 1993(3)13.Girosi F;Anzellotti G Rates of Convergence for Radial Basis Function and Neural Networks 199314.Kurková V Dimension-Independent Rates of Approximation by Neural Networks 199715.Kurková V;Kainen P C;Kreinovich V Estimates of the Number of Hidden Units and Variation with Respect to Half-Spaces 199716.Yukich J;Stinchcombe M;White H Sup-Norm Approximation Bounds for Networks through Probabilistic Methods[外文期刊] 1995(04)17.Makovoz Y Random Approximants and Neural Networks[外文期刊] 199618.Dohlerd S;Uschendorf L R An Approximation Result for Nets in Functional Estimation 200119.PIGGIO T;Girosi F A Theory of Networks for Approximation and Learning. AI Memo No 1140Artificial Intelligence Laboratory 198920.Girosi F;Poggio T Neural Network and the Best Approximation Property[外文期刊] 199021.Moody J;Darken C Fast Learning in Networks of Locally-Tuned Processing Units 198922.Orr M J L Regularization in the Selection of Radial Basis Function Centers 1995(03)23.Lei Xu Rival Penalized Competitive Learning for Clustering Analysis RBF Net and Curve Detection [外文期刊] 1993(04)24.王旭东RBF神经网络及其在过程控制中的应用[学位论文] 199725.谢维信;高新波基于聚类有效性神经网络的模糊规则提取方法[期刊论文]-深圳大学学报(理工版) 2003(04)26.朱明星;张德龙RBF网络基函数中心选取算法的研究[期刊论文]-安徽大学学报(自然科学版) 2000(01)27.汪小帆;王执铨;宋文忠径向基函数神经网络的新型混合递推学习算法 1998(02)28.Chen S;Cowan C F N;Grant P M Orthogonal Least Squares Learing Algorithm for Radial Basis Function Networks[外文期刊] 1991(02)29.Chen S;Grant P M;Cowan C F N Orthogonal Least Squares Algorithm for Training Multioutput Radial Basis Function Networks[外文期刊] 1992(6)30.Walczak B;Massart D L The Radial Basis Functions- Partial Least Squares Approach as a Flexible Non-Linear Regression Techniques 199631.Walczak B;Massart D L Application of Radial Basis Functions -Partial Least Squares to Non-Linear Pattern Recognition Problems:Diagnosis of Process Faults 199632.Chen S;Billings S A;Grant P M Recursive Hybrid Algorithm for Nonlinear System Identification Using Radial Basis Function Networks 1992(05)33.Gentleman M Least Squares Computations by Givens Transformations without Square Roots[外文期刊] 197334.Billings S A;Zheng G L Radial Basis Function Network Confinguration Using Genetic Algorithms[外文期刊] 1995(06)35.Vesin J M;Griiter R Model Selection Using a Simplex Reproduction Genetic Algorithm[外文期刊] 1999(03)36.GenM;Cheng R;Oren S S Network Design Techniques Using Adapted Genetic Algorithms 2001(09)本文读者也读过(2条)1.樊国创.戴亚平.闫宁基于RBF神经网络的高斯混合近似算法[期刊论文]-系统工程与电子技术2009,31(10)2.王洪斌.杨香兰.王洪瑞一种改进的RBF神经网络学习算法[期刊论文]-系统工程与电子技术2002,24(6)引证文献(64条)1.胡斌.王敬志.赵英基于并行PSO算法的RBF建模[期刊论文]-工业控制计算机 2011(4)2.胡斌.王敬志.刘鹏基于双层网络的混合PSO算法的RBF建模[期刊论文]-西南科技大学学报 2011(2)3.虞国全基于SVM的径向基网络滚动轴承故障诊断方法研究[期刊论文]-黑龙江科技信息 2009(7)4.袁小芳.王耀南.孙炜.杨辉前一种用于RBF神经网络的支持向量机与BP的混合学习算法[期刊论文]-湖南大学学报(自然科学版) 2005(3)5.陈静.葛超.安光晨RBF神经网络在非线性系统辨识中的应用[期刊论文]-陶瓷研究与职业教育 2007(4)6.伍长荣.叶明全.胡学钢基于PCA的RBF神经网络预测方法研究[期刊论文]-安徽工程科技学院学报(自然科学版) 2007(1)7.周遊企业财务管理的计算机辅助评价方法探讨[期刊论文]-江苏经贸职业技术学院学报 2009(3)8.薛富强.葛临东.王彬基于自适应小生境递阶遗传算法的RBF均衡器[期刊论文]-计算机应用 2009(4)9.陈一萍.郑朝洪BP和RBF网络在厦门市大气环境质量评价中的比较[期刊论文]-环保科技 2008(4)10.陈静.葛超.朱开宇基于正交最小二乘法的神经网络中心选取算法的研究[期刊论文]-陶瓷研究与职业教育2008(1)11.曹屹立.葛超.张景春.孙丽英.朱艺最小二乘算法在RBF神经网络中的应用[期刊论文]-山西电子技术 2008(1)12.葛超.孙丽英.张淑卿.朱艺RBF神经网络中心选取算法[期刊论文]-河北理工大学学报 2007(4)13.张旭.张云鹏.朱炳安.顾军一种具备规则趋势的模糊神经网络脱硫预报模型[期刊论文]-江苏冶金 2007(3)14.余朝刚.王剑平.应义斌基于径向基函数神经网络的温室室内温度预测模型[期刊论文]-生物数学学报 2006(4)15.金晶.芮延年.郭旭红.赵礼刚基于灰色理论、径向基神经网络的大型压缩机故障预测方法的研究[期刊论文]-苏州大学学报(工科版) 2004(5)16.李仿华.王爱平.姚丽娜.国玮玮.徐晓燕基于遗传优化的RBF-BP网络的实时故障检测[期刊论文]-微型机与应用2012(8)17.韩媛媛.成长生.苏厚勤时序数据挖掘在AFC系统运营管理中的分析与应用[期刊论文]-计算机应用与软件2010(11)18.于增顺.高齐圣.杨方基于径向基函数神经网络的橡胶配方性能预测[期刊论文]-橡胶工业 2010(6)19.周遊实现商业银行财务管理目标计算机辅助评价方法探讨[期刊论文]-江苏科技信息 2008(12)20.朱艺.孙丽英.葛超.张景春最小二乘算法在神经网络函数逼近方面的研究[期刊论文]-山西电子技术 2007(5)21.胡晓飞边界模糊图像的径向基函数神经网络分割方法研究[期刊论文]-现代电子技术 2007(7)22.孙丽英.葛超.朱艺RBF神经网络在函数逼近领域内的研究[期刊论文]-计算机与数字工程 2007(8)23.王华秋.曹长修一种并行核径向基神经网络预测模型[期刊论文]-重庆大学学报(自然科学版) 2006(3)24.邓长辉.王姝.王福利.毛志忠.王嘉铮真空感应炉终点碳含量预报[期刊论文]-控制与决策 2006(2)25.黄啸.江青茵.潘学红.樊诚.曹志凯循环流化床锅炉燃烧过程的小波建模研究[期刊论文]-厦门大学学报(自然科学版) 2005(4)26.蒯松岩.吴涛.代尚方.张旭隆基于RBF的无位置开关磁阻电机控制系统[期刊论文]-电力电子技术 2011(7)27.樊诚.江青茵.曹志凯.周荣循环流化床锅炉燃烧过程建模研究[期刊论文]-计算机与应用化学 2007(3)28.王华秋.曹长修.李梁基于并行核径向基神经网络的软测量与控制模型[期刊论文]-仪器仪表学报 2006(10)29.贾建华.王军峰.冯冬青人工神经网络在多传感器信息融合中的应用研究[期刊论文]-微计算机信息 2006(7)30.李剑.陈德钊.吴晓华.叶子清优化的径向基-循环子空间网络为药物定量构效关系建模[期刊论文]-分析化学2005(6)31.朱程辉.陈昕.王金玲基于RBF神经网络在图像分割参数估计的应用[期刊论文]-计算机工程与应用 2003(30)32.李秀琴.李书臣一类非线性系统的故障检测与容错控制算法[期刊论文]-测控技术 2005(8)33.沈掌泉.周斌.孔繁胜.John S.Bailey应用广义回归神经网络进行土壤空间变异研究[期刊论文]-土壤学报2004(3)34.董敏.王昌全.李冰.唐敦义.杨娟.宋薇平基于GARBF神经网络的土壤有效锌空间插值方法研究[期刊论文]-土壤学报 2010(1)35.张大鹏.王福利.何大阔.何建勇.林志玲.桑海峰基于误差修正的菌体浓度软测量[期刊论文]-计量学报 2008(3)36.卢涛.陈德钊径向基网络的研究进展和评述[期刊论文]-计算机工程与应用 2005(4)37.伍长荣.胡学钢基于GRA-PCA的RBF神经网络预测方法应用研究[期刊论文]-巢湖学院学报 2005(3)38.王华秋.曹长修.张邦礼增量式遗传RBF神经网络在铁水脱硫预处理中的应用[期刊论文]-信息与控制 2004(1)39.梁协雄.王华秋.曹长修增量式遗传RBF算法在转炉提钒中的应用[期刊论文]-重庆大学学报(自然科学版)2003(12)40.邓长辉.王姝.王福利.桑海峰基于神经网络的真空感应炉终点钢水温度预报[期刊论文]-钢铁研究学报 2005(4)41.孙延风.梁艳春.张文力.吕英华RBF神经网络最优分割算法及其在股市预测中的应用[期刊论文]-模式识别与人工智能 2005(3)42.王明超基于RBF神经网络的开关磁阻电机无位置传感器控制及单神经元PID控制[学位论文]硕士 200443.曾谊晖.左青松.李翼德.黄红华.陈恒.王亚风基于RBF神经网络的难加工金属材料数控加工控制方法研究[期刊论文]-湖南大学学报(自然科学版) 2011(4)44.林用满.张永相.严寒冰.张弓.董霖RBF神经网络算法在汽油机空燃比控制中的比较[期刊论文]-四川工业学院学报 2004(3)45.何成刚.张燕平.张站.张娟机器学习中知识动态获取在函数逼近中的探究[期刊论文]-微计算机信息 2010(27)46.罗定贵.王学军.郭青岩溶水系统的径向基神经网络仿真[期刊论文]-水文地质工程地质 2004(2)47.张弓.张永相.邱容.林用满.严寒冰.董霖电控汽油机怠速模糊RBF神经网络控制[期刊论文]-四川工业学院学报2004(1)48.陈飞香.程家昌.胡月明.周永章.赵元.蚁佳纯基于RBF神经网络的土壤铬含量空间预测[期刊论文]-地理科学2013(1)49.黄颖松基于广义遗传算法优化的脱硫静态模型的研究[学位论文]硕士 200350.李慧.顾沈明基于RBF神经网络的赤潮预测方法[期刊论文]-计算机工程与应用 2012(1)51.张运陶.杨晓丽自适应径向基神经网络及其应用[期刊论文]-计算机与应用化学 2006(1)52.李启权.王昌全.岳天祥.李冰.杨娟.史文娇不同输入方式下RBF神经网络对土壤性质空间插值的误差分析[期刊论文]-土壤学报 2008(2)53.李启权.王昌全.岳天祥.李冰.杨娟基于RBF神经网络的土壤有机质空间变异研究方法[期刊论文]-农业工程学报 2010(1)54.王明超基于RBF神经网络的开关磁阻电机无位置传感器控制及单神经元PID控制[学位论文]硕士 200455.王雅娣基于智能蚂蚁算法优化的脱硫静态模型研究[学位论文]硕士 200456.余朝刚温室气候环境微机测控系统与控制方法的研究[学位论文]博士 200557.徐剑波.宋立生.彭磊.张桥土壤养分空间估测方法研究综述[期刊论文]-生态环境学报 2011(8)58.李启权基于RBF神经网络的土壤属性信息空间插值方法研究[学位论文]硕士 200659.肖伟杰高速走丝电火花线切割工艺仿真系统的研究[学位论文]硕士 200460.高美娟用于储层参数预测的神经网络模式识别方法研究[学位论文]博士 200561.王卓模型驱动的软构件分类及检索方法研究[学位论文]博士 200562.李存军区域性冬小麦籽粒蛋白含量遥感监测技术研究[学位论文]博士 200563.王伟华磨粒制谱及分析技术系统研究[学位论文]博士 200464.闫滨大坝安全监控及评价的智能神经网络模型研究[学位论文]博士 2006本文链接:/Periodical_mssbyrgzn200203011.aspx。

RBF神经网络学习算法

RBF神经网络学习算法

RBF神经网络学习算法RBF(径向基函数)神经网络是一种常用的神经网络模型,其学习算法主要分为两个步骤:网络初始化和参数优化。

本篇文章将详细介绍RBF 神经网络学习算法的原理和步骤。

1.网络初始化(1)选择隐藏层神经元的个数隐藏层神经元的个数决定了网络的复杂度。

一般情况下,隐藏层神经元的个数越多,网络的拟合能力越强。

但是隐藏层神经元个数的选择也受限于样本的数量和特征维度。

(2)选择径向基函数径向基函数用于将输入样本映射到隐藏层,常用的径向基函数有高斯函数、多项式函数等。

高斯函数是最常用的径向基函数,其具有良好的非线性映射性质。

选择合适的径向基函数如高斯函数可以提高网络的拟合能力。

(3)确定径向基函数的参数高斯函数有一个重要参数σ,控制了函数的宽度。

确定适当的σ值可以使得网络在训练过程中收敛更快,提高网络的学习效率。

2.参数优化(1)梯度下降法梯度下降法是一种常用的优化方法,通过不断迭代网络参数来最小化误差函数。

具体步骤如下:a.随机初始化网络的权值和偏置。

b.使用前向传播计算网络的输出。

d.根据误差计算参数的梯度。

e.根据梯度和学习率更新参数。

f.重复b-e直到满足停止准则。

(2)最小二乘法最小二乘法是一种基于最小化误差平方和的优化方法。

具体步骤如下:a.设置误差函数为平方和。

b.对误差函数求偏导,并令导数为0,得到参数的闭式解。

c.使用闭式解更新参数。

3.网络训练与预测(1)网络训练(2)网络预测网络预测是指使用训练好的网络来进行新样本的预测。

给定新样本的特征向量,通过前向传播计算网络的输出,即为网络对该样本的预测结果。

总结:本文首先介绍了RBF神经网络的基本原理和结构,然后详细描述了RBF神经网络的学习算法。

网络初始化包括选择隐藏层神经元个数、径向基函数和参数的确定。

参数优化主要通过梯度下降法和最小二乘法来优化网络的参数。

最后,本文介绍了网络训练和预测的过程。

通过合理选择网络结构和参数,RBF神经网络可以有效地处理非线性问题,具有很好的拟合能力和预测能力。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

RBF Neural Networks Optimization Algorithm Based on Support Vector Machine and Its ApplicationREN Jin-xia,YANG Sai(College of Mechanical and Electronic Engineering, JiangXi University of Science and Technology, Ganzhou 341000,China) Abstract: Support vector machine (SVM) resembles RBF neural networks in structure. Considering their resemblance , a new optimization algorithm based on support vector machine and genetic algorithm for RBF neural network is presented,in which GA is used to choose the SVM model parameter and SVM is used to help constructing the RBF. The network based on this algorithm is applied on nonlinear system identification.Simulation results show that the network based on this algorithm has higher precision and better generalization ability.Key words : support vector machines (SVM) ; neural networks ; genetic algorithm; system identificationRadial basis function (RBF) networks is one of new and effective feed-forward neural networks, which can approximate any continuous function with arbitrary precision. RBF networks are always with simple architecture, and trained fast. In RBF networks, the number and place of hidden center vector are key points concerned to the performance of the RBF networks. There exits obvious defectiveness to certain the parameters of RBF networks by the traditional ways.Based on statistical learning theory, support vector machines (SVM) algorithm has a solid mathematical theoretical foundation and rigorous theoretical analysis, which has the advantage of theoretical completeness, global optimization, adaptability, and good generalization ability. It is largely solved the past problems of choosing machine learning model, over-fitting, non-linear, the curse of dimensionality, local minimum points and so on. It uses the structural risk minimization principle, which minimizes the empirical risk; at the same time effectively improve generalization ability of the algorithm.SVM has the structure similarities with RBF network, in this paper, we study the intrinsic link between these two algorithms, and propose RBF optimization algorithm based on SVM and genetic algorithm, which use GA to choose the parameters for SVM, then to be used for structuring RBF networks. This algorithm effectively improves generalization and don’t need a large number of experiments or empirical experiences to pre-specify network structure.1.SVM providing theoretical foundation for structure and parameters of RBFRadial basis function (RBF) networks typically have three layers: an input layer, a hidden layer with a non-linear RBF activation function and a linear output layer. RBF network from input to output mapping is non-linear, but in terms of the weights of network output is linear. The k th hidden unit’s output is:22()exp2kkkx cxφσ⎛⎫-= -⎪⎪⎝⎭(1) Where ⋅is Euclidean norm, i x is the i th inputvector,kc is the center vector of hidden units,kσis the width of hidden units. N denotes thenumber of the hidden units,kw is the weights between the hidden units and the outputs, thenthe outputs of RBF networks is :()1221()exp 2Nk k k N kk k k f x w x x c w φσ===⎛⎫-=⨯ -⎪ ⎪⎝⎭∑∑ (2)According to Mercer Conditions, SVM adopts kernel function to map a sample vector from the original space to feature space. Gaussian kernel function used here is :()22,exp 2ii i x v K x v σ⎛⎫-= -⎪ ⎪⎝⎭(.3) SVM in regression form is the linear combination ofthe hidden units, then:1221()(,)exp 2gi i i gii i i f x w K x v bx v w b σ===+⎛⎫-=⨯ -⎪+ ⎪⎝⎭∑∑ (4)SVM network architecture can be indicated as shown in Figure1,which is similar to a RBF network.Figure 1 the structure of SVMSVM has a similarity in structure with the RBF network, so the number g of support vector which is gotten from the training of SVM can be the number of the hidden units in RBF networks, support vector can be the center vector of radius function, the width selected by SVM can be the width of RBF.2. GA providing SVM modelsparametersIn designing SVM, the parameterσ, penaltyfactor C, insensitive loss function εare the important factors to affect the performance of SVM, especiallyin small samples learning condition, so selectingproperσ、C and εwill be very important to thelearning machine performances. We will use the most widely used genetic algorithm to select those three parameters.The algorithm is to use genetic algorithm to optimize the SVM model parameters, the basic steps of it are as follows:(1)Choose the initial population of individuals randomly;(2)Evaluate the fitness of each individual in that population;(3)Select a new generation of population from the previous generation by using selection operator; (4)Take the crossover and mutation operation on the current population, then take the evaluation, selection, crossover and mutation operation on the new breed, and continue.(5)If the fitness function value of optimal individual is large enough or the algorithm have run many generations, and the optimal fitness value of theindividual can ’t be changed obviously, then we get the optimal value of kernel function parameter σ, penalty factor C , and insensitive loss function ε,and we can also get the optimal classifier by the training datum. How to construct fitness function is the key point of genetic algorithm. We use the promotion theorem of SVM in high-dimensional space to construct fitness function. We set()1/0.01fit T =+ (5) Where 221R T l γ=is the testing error boundary ,R is the radius of super-sphere which contain allthe datum,1/w γ=is the interval value ,l isthe number of the samples.3 SVM providing networks structure and parameters for RBFFor support vector regression machine, its learningprocess can be concluded to be a quadratic programming problem under the linear constrains, then we can use the regression machine which have been trained well to certain the structure and parameters of RBF networks.First considering the linear regression conditions, the sample are 1122(,),(,),...,(,)n n n x y x y x y R R ∈⨯, the linear function is set to be ()f x w x b =⋅+,then the optimization problem will be a minimization problem.11(,,)()2ni i i R w w w C ξξξξ**==⋅++∑(6)The conditions are :(),1,...,(),1,...,,0,1,...,i i i i i i i i f x y i n y f x i ni nξεξεξξ**-≤+=-≤+=≥= (7)Introducing Lagrange function, we can get: 1111(,,,,,,,)1()()[()]2[()]()n ni i i i i i i i n niii i i i i i i i L w b w w C w x b y w x b y ξξααηηξξαεξαεξηξηξ****==****===⋅++-++⋅+--+-⋅-+-+∑∑∑∑ (8) Where,0,,0,1,...,i i i i i n ααηη**≥≥=.Solving this quadratic optimization problem, we can get ,i i αα*, then 1()ni i i i w x αα*==-∑,we can also get bbyi i i i b y w x b y w x εε=-⋅-⎧⎨=-⋅+⎩(9) So the regression function is1()()()()ni i i i f x w x b x x b αα*==⋅+=-⋅+∑ (10)Non-linear regression use kernel function (,)K x y , if the kernel function is turned to be Gaussian function, then the regression function will be1()()(,)ni i i i f x K x v b αα*==-+∑ (11)Wheni i αα*-is not equal to zero, the accordingsamples will be support vectors, we assume thenumber of the support vectors which are gotten after SVM training is g ()g n ≤, support vector are ,1,...,i v i g =, the weight factorsare i i i w αα*=- ,the bias is b,then we use these to construct RBF networks.4 Application and simulation researchWe use RBF networks optimized by SVM insystem identification to test the learning performances and generalization abilities of this algorithm, we also compare it with generalized regression neural network Consuming the identification system denoted by the non-linear discrete function:22(1)()()1(1)y k y k u k y k -=++- (12) To this system, we use cascade- parallel models, the RBF network has two inputs and one output. The twenty samples ((1),(2),...,(20))u u u are selected from [0,2], started from zero, the interval value is 0.1, andtherespondingoutputsare((1),(2),...,(20))y y y ,when the identification isfinished, we use the follow stimulus signal to test the generalization abilities of the networks.(1)Generalized regression neural network select Gaussian function as the kernel function, the distribution density Spread is 0.7, the identification results is shown in figure2 , the mean squares error between identification results and output matrix is 0.0842.And the testing results is shown in figure 3, the mean squares error between testing results and expected output matrix is 0.0282.(2)In optimizing neural networks by SVM, we set the maximum genetic generations is 20, we get the maximum value of fitness by genetic algorithm searching, so we get the model parameters x =[379.9678 1.0221 0.0426],that penalty factor C is 379.9678, the width of Gaussian function σ is 1.0221, the insensitive loss function εis 0.0426, furthermore we get the number of support vectors is 4 by the learning of input and output datum, so we set the number of hidden units in RBF network is 4, the()0.15sin(2/25)0.22sin(2/35)0.2,1,2,...,100u k k k k ππ=++=Gaussian function center vector are the support vectors, the width of Gaussian function is thewith the regression machine.toi i iwαα*=-, we know the respondingweights [-1.7610 1.0219 -1.0406 1.7797]w=,and bias value of RBF networks, then the RBFconstructed, just as shown in figure 4.Accordingidentification results shown in figure 5, thematrix is 0.0036.And the testing results is shownfigure 6, the mean squares error betweenresults and expected output matrix is 0.0134.In terms of identification accuracy andgeneralization abilities, the simulation results showthat RBF networks optimized by SVM algorithm issuperior to generalized regression neural network, alsoneedn’t pre-specify the structure by a lot ofexperiments.Figure 2 The identification results of generalized regressionneural networkFigure3 the testing results of generalized regression neuralnetworkFigure4 RBF network structure based on SVMFigure5 the identification results of RBF optimized by SVMFigure6 the testing results of RBF optimized by SVMConclusionThe algorithm we proposed in this paper first usegenetic algorithm to optimize SVM model parameters,then to make certain the structure and parameters ofRBF networks by SVM, which is applied in system identification. The simulation results show this algorithm is more efficient in learning and training, with good identification accuracy and generalization capacity in term of system identificationReferences[1] PETER Andras. The equivalence of support vector machineandregularization neural networks [ J ] . Neural Processing Letters ,2002 , 15 (2) : 97 - 104[2]Yuan Xiao-fang, Wang Yaonan, Sun Wei, Yang Huiqian. A Hybrid Learning Algorithm for RBF Neural Network Based on Support Vector Machines and BP Algorithm[J].Journal of Hunan university,2005,32(3):88-92.[3]Zhang Gup-yun. Support Vector Machine and its application Research[D],Hunan: Hunan University,2006.[4] Zhu Ming-xing,Zhang De-long. Study on the Algorithms of Selecting the Radial Basis Function Cente[J].Journal of Anhui university,2003,24(1):72~78[5] Yang Xu,Ji Y u-bo,Tian Xue.Parameters Selection of SVM Based on Genetic Algorithm[J]Journal of Liaoning University of Petroleum &Chemical Technology.,2004,24(1):54~58[6] Zheng Chun-hong,Jiao Li-cheng,Ding Ai-ling.Automatic model selection for support vector machines using heuristic genetic algorithm [J].Control Theory & Applications,2006,23(2):187~192[7]Chai Jie,Jiang Qing-yin,Cao Zhi-kai.FunctionApproximation Capability and Algorithms of RBF Neural Net Works[J].Pattern Recognition and Artificial Intelligence,2002,15(3):310~316[8]Shan Xiao-hong. RBF Neural Networks based on Genetic Algorithm and its Applications in System identification[D].Shandong:Qingdao University,2006.。

相关文档
最新文档