BP神经网络
BP神经网络详解-最好的版本课件(1)
月份 1
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2056 7
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2395 8
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5
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1556
BP神经网络学习算法的MATLAB实现
➢%以每三个月的销售量经归一化处理后作为输入
P=[0.5152
0.8173 1.0000 ;
0.8173
计算误差函数对输出层的各神经元的偏导
数
。 o ( k )
p
e e yio w ho y io w ho
(
yio(k) h who
whohoh(k)bo)
who
hoh(k)
e
yio
(12oq1(do(k)yoo(k)))2 yio
(do(k)yoo(k))yoo(k)
(do(k)yoo(k))f(yio(k)) o(k)
1.0000 0.7308;
1.0000
0.7308 0.1390;
0.7308
0.1390 0.1087;
0.1390
0.1087 0.3520;
0.1087
0.3520 0.0000;]';
➢%以第四个月的销售量归一化处理后作为目标向量
T=[0.7308 0.1390 0.1087 0.3520 0.0000 0.3761];
BP神经网络模型
三层BP网络
输入层 x1
x2
隐含层
输出层
-
y1
z1
1
T1
y2
z2
-
2
bp神经网络
bp神经网络BP神经网络（Backpropagation Network）是一种被广泛应用于分类、预测和优化问题中的人工神经网络模型。
BP神经网络具有简单易懂、易于理解和易于实现的特点，因此在工程实践中被广泛应用。
BP神经网络的基本思想是将信息通过一层层的神经元传递，然后反向调节神经元的权重和偏置，从而实现对模型参数的优化。
BP神经网络通常包含输入层、隐层和输出层三个层次。
其中输入层用于接收输入数据，隐层用于处理输入数据，输出层用于给出模型的预测结果。
BP神经网络通过不断反向传播误差信号来调整各层神经元之间的连接权重，从而实现对模型参数的逐步优化。
BP神经网络的训练过程通常分为前向传播和反向传播两个阶段。
在前向传播阶段，输入数据被输入到神经网络中，经过一系列计算后得到输出结果。
在反向传播阶段，将输出结果与真实值进行比较，计算误差信号，并通过反向传播算法将误差信号逐层传递回到输入层，从而实现对神经网络参数（权重和偏置）的不断调整。
通过多次迭代，直到神经网络的输出结果与真实值的误差达到一定的精度要求为止。
BP神经网络的优点在于可以处理非线性问题，并且可以自适应地调整模型参数。
然而，BP神经网络也存在一些缺点，例如容易陷入局部极小值，训练速度较慢，需要大量的训练数据等等。
在实际应用中，BP神经网络已经被广泛应用于分类、预测和优化等方面。
例如，BP神经网络可以用于识别手写数字、预测股票市场走势、自动驾驶和机器人控制等方面。
另外，BP 神经网络还可以与其他机器学习算法相结合，共同解决各种复杂问题。
总之，BP神经网络是一种简单实用的人工神经网络模型，具有广泛的应用前景。
在实际应用中，需要根据具体问题对模型进行适当的改进和优化，以提高其预测精度和鲁棒性。
BP人工神经网络的基本原理模型与实例
BP人工神经网络的基本原理模型与实例BP（Back Propagation）人工神经网络是一种常见的人工神经网络模型，其基本原理是模拟人脑神经元之间的连接和信息传递过程，通过学习和调整权重，来实现输入和输出之间的映射关系。
BP神经网络模型基本上由三层神经元组成：输入层、隐藏层和输出层。
每个神经元都与下一层的所有神经元连接，并通过带有权重的连接传递信息。
BP神经网络的训练基于误差的反向传播，即首先通过前向传播计算输出值，然后通过计算输出误差来更新连接权重，最后通过反向传播调整隐藏层和输入层的权重。
具体来说，BP神经网络的训练过程包括以下步骤：1.初始化连接权重：随机初始化输入层与隐藏层、隐藏层与输出层之间的连接权重。
2.前向传播：将输入向量喂给输入层，通过带有权重的连接传递到隐藏层和输出层，计算得到输出值。
3.计算输出误差：将期望输出值与实际输出值进行比较，计算得到输出误差。
4.反向传播：从输出层开始，将输出误差逆向传播到隐藏层和输入层，根据误差的贡献程度，调整连接权重。
5.更新权重：根据反向传播得到的误差梯度，使用梯度下降法或其他优化算法更新连接权重。
6.重复步骤2-5直到达到停止条件，如达到最大迭代次数或误差小于一些阈值。
BP神经网络的训练过程是一个迭代的过程，通过不断调整连接权重，逐渐减小输出误差，使网络能够更好地拟合输入与输出之间的映射关系。
下面以一个简单的实例来说明BP神经网络的应用：假设我们要建立一个三层BP神经网络来预测房价，输入为房屋面积和房间数，输出为价格。
我们训练集中包含一些房屋信息和对应的价格。
1.初始化连接权重：随机初始化输入层与隐藏层、隐藏层与输出层之间的连接权重。
2.前向传播：将输入的房屋面积和房间数喂给输入层，通过带有权重的连接传递到隐藏层和输出层，计算得到价格的预测值。
3.计算输出误差：将预测的价格与实际价格进行比较，计算得到输出误差。
4.反向传播：从输出层开始，将输出误差逆向传播到隐藏层和输入层，根据误差的贡献程度，调整连接权重。
BP神经网络概述
BP神经网络概述BP神经网络由输入层、隐藏层和输出层组成。
输入层接收外界输入的数据，隐藏层对输入层的信息进行处理和转化，输出层输出最终的结果。
网络的每一个节点称为神经元，神经元之间的连接具有不同的权值，通过权值的调整和激活函数的作用，网络可以学习到输入和输出之间的关系。
BP神经网络的学习过程主要包括前向传播和反向传播两个阶段。
前向传播时，输入数据通过输入层向前传递到隐藏层和输出层，计算出网络的输出结果；然后通过与实际结果比较，计算误差函数。
反向传播时，根据误差函数，从输出层开始逆向调整权值和偏置，通过梯度下降算法更新权值，使得误差最小化，从而实现网络的学习和调整。
BP神经网络通过多次迭代学习，不断调整权值和偏置，逐渐提高网络的性能。
学习率是调整权值和偏置的重要参数，过大或过小的学习率都会导致学习过程不稳定。
此外，网络的结构、激活函数的选择、错误函数的定义等也会影响网络的学习效果。
BP神经网络在各个领域都有广泛的应用。
在模式识别中，BP神经网络可以从大量的样本中学习特征，实现目标检测、人脸识别、手写识别等任务。
在数据挖掘中，BP神经网络可以通过对历史数据的学习，预测未来的趋势和模式，用于市场预测、股票分析等。
在预测分析中，BP神经网络可以根据历史数据，预测未来的房价、气温、销售额等。
综上所述，BP神经网络是一种强大的人工神经网络模型，具有非线性逼近能力和学习能力，广泛应用于模式识别、数据挖掘、预测分析等领域。
尽管有一些缺点，但随着技术的发展，BP神经网络仍然是一种非常有潜力和应用价值的模型。
5.第6章 BP神经网络汇总
x1 x0 F x0
当步长足够小时
F x1 F x0
求得函数最小值
反复迭代 F xn1 F xn L F x1 F x0
2.BP网络的学习算法
最速下降法 实例：求函数的最小值
z x 2 y / 2 1.2
5.BP网络相关函数详解
newff——创建一个BP网络： 新版语法net=newff(P,T,S) P：R*Q1矩阵，表示创建的神经网络中，输入层有R个神经元。每行对应一个神经 元输入数据的典型值，实际应用中常取其最大最小值。 T：SN*Q2矩阵，表示创建的网络有SN个输出层节点，每行是输出值的典型值
BP神经网络来说，由于传递函数都是可微的，因此能满足最速 下降法的使用条件。
2.BP网络的学习算法
最速下降BP法
X1 X2
. . . . . .
mi
K1
ij
1.工作信号正向传播
Y1 YJ
1 J 2 en ej n 2 j 1
K2
2.误差信号反向传播
XM
输入层
ij n Jj vIi n
S：标量或向量，用于指定隐含层神经元个数，若隐含层多于一层，则写成行向量 的形式。
旧版语法格式net=newff(P,N,TF,BTF) ： P表示输入向量的典型值， N为各层神经元的个数， TF为表示传输函数的细胞数组，
BTF为训练函数
Tan-Sigmoid Function
Log-Sigmoid Function 1.5
1.5
1 f x 1 e x
1
1
0.5
0.5
0
y
0
bp网络
一、简介
BP（Back propagation）神经网络又称为 BP（ propagation） 多层前馈神经网络， 多层前馈神经网络，为三层前馈神经网 络的拓扑结构。它是当前最为广泛的一 络的拓扑结构。它是当前最为广泛的一 种人工神经网络，可用于语言综合、识 别和自适应控制等系统。这种神经网络 别和自适应控制等系统。这种神经网络 模型的特点是：结构简单，工作状态稳 模型的特点是：结构简单，工作状态稳 定，易于硬件实现；各层神经元仅与相 定，易于硬件实现；各层神经元仅与相 邻层神经元之间有连接；各层内神经元 之间无任何连接；各层神经元之间无反 馈连接。输入信号先向前传播到隐结点，
经过变换函数之后，把隐结点的输 出信息传播到输出结点，再给出输 出结果。结点的变换函数通常选取 Sigmoid型函数。 Sigmoid型函数。
图1 BP网络 BP网络
BP算法的原理 BP算法的原理
BP算法是用于前馈多层网络的学习算法， BP算法是用于前馈多层网络的学习算法， 前馈多层网络的结构如图1 前馈多层网络的结构如图1所示。它包含 有输入层、输出层以及处于输入输出层 之间的中间层。中间层有单层或多层， 由于它们和外界没有直接的联系，故也 称隐层。在隐层中的神经元也称隐单元； 隐层虽然与外界不连接，但它们的状态 影响输入输出之间的关系。也就是说， 改变隐层的权系数，可以改变整个多层 神经网络的性能。
BP算法的数学描述 BP算法的数学描述
BP算法实质是求取误差函数的最小值问 BP算法实质是求取误差函数的最小值问 题，这种算法采用最速下降法，按误差 函数的负梯度方向修改权系数。
bp神经网络
BP神经网络框架BP（Back Propagation）网络是1986年由Rumelhart和McCelland为首的科学家小组提出，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网络能学习和存贮大量的输入-输出模式映射关系，而无需事前揭示描述这种映射关系的数学方程。
它的学习规则是使用最速下降法，通过反向传播来不断调整网络的权值和阈值，使网络的误差平方和最小。
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)。
1BP神经网络基本原理BP神经网络的基本原理可以分为如下几个步骤：（1）输入信号Xi→中间节点（隐层点）→输出节点→输出信号Yk；（2）网络训练的每个样本包括输入向量X和期望输出量t，网络输出值Y 和期望输出值t之间的偏差。
（3）通过调整输入节点与隐层节点的联接强度取值Wij和隐层节点与输出节点之间的联接强度取值Tjk，以及阈值，使误差沿梯度方向下降。
（4）经过反复学习训练，确定与最小误差相对应的网络参数（权值和阈值），训练到此停止。
（5）经过上述训练的神经网络即能对类似样本的输入信息，自行处理输出误差最小的经过非线性转换的信息。
2BP神经网络涉及的主要模型和函数BP神经网络模型包括输入输出模型、作用函数模型、误差计算模型和自学习模型。
输出模型又分为：隐节点输出模型和输出节点输出模型。
下面将逐个介绍。
（1）作用函数模型作用函数模型，又称刺激函数，反映下层输入对上层节点刺激脉冲强度的函数。
一般取（0,1）内的连续取值函数Sigmoid函数：f x=11+e^(−x)（2）误差计算模型误差计算模型反映神经网络期望输出与计算输出之间误差大小的函数：Ep=12(tpi−Opi)2其中，tpi为i节点的期望输出值；Opi为i节点的计算输出值。
（3）自学习模型自学习模型是连接下层节点和上层节点之间的权重矩阵Wij的设定和修正过程。
bp神经网络原理
bp神经网络原理
BP神经网络，全称为反向传播神经网络，是一种常用的前馈
神经网络，通过反向传播算法来训练网络模型，实现对输入数据的分类、回归等任务。
BP神经网络主要由输入层、隐藏层
和输出层构成。
在BP神经网络中，每个神经元都有自己的权重和偏置值。
数
据从输入层进入神经网络，经过隐藏层的计算后传递到输出层。
神经网络会根据当前的权重和偏置值计算输出值，并与真实值进行比较，得到一个误差值。
然后，误差值会反向传播到隐藏层和输入层，通过调整权重和偏置值来最小化误差值。
这一过程需要多次迭代，直到网络输出与真实值的误差达到可接受的范围。
具体而言，BP神经网络通过梯度下降算法来调整权重和偏置值。
首先，计算输出层神经元的误差值，然后根据链式求导法则，将误差值分配到隐藏层的神经元。
最后，根据误差值和激活函数的导数，更新每个神经元的权重和偏置值。
这个过程反复进行，直到达到停止条件。
BP神经网络的优点是可以处理非线性问题，并且具有较强的
自适应能力。
同时，BP神经网络还可以通过增加隐藏层和神
经元的数量来提高网络的学习能力。
然而，BP神经网络也存
在一些问题，如容易陷入局部最优解，训练速度较慢等。
总结来说，BP神经网络是一种基于反向传播算法的前馈神经
网络，通过多次迭代调整权重和偏置值来实现模型的训练。
它
可以应用于分类、回归等任务，并具有较强的自适应能力。
但同时也有一些问题需要注意。
BP神经网络ppt
人工神经网络 是生物神经网络的某种模型(数学模型) 是对生物神经网络的模仿 基本处理单元为人工神经元
1. 生物神经系统与生物神经元
大量生物神经元的广泛、复杂连接，形成生
物神经网络 (Biological Neural Network, BNN)。
实现各种智能活动
生物神经元(neuron)是基本的信息处理单元
(1)生物神经系统
生物神经元(neuron)是基本的信息处理单元, 其组成：
➢ 树突(dendrites), 接收来自外接的信息 ➢ 细胞体(cell body), 神经细胞主体，信息加工 ➢ 轴突(axon), 细胞的输出装置，将信号向外传递，
与多个神经元连接 ➢突触 （synapsse), 神经元经突触向其它神经元（胞体 或树突）传递信号
2 1m =
2 j1
dj f
net
L1 j
2
样本集内所有样本关于该网络的总输出误差
Etotal E
输出层l L 1节点j的净输入
实际输出
nL2
net
L1 j
O L1 L2
ij i
i 1
O L1 j
1
1+e-
net
L1 j
II
输出层的权值iLj 1调整
隐含层 L 2 输出层 L 1
nL2
net
L1 j
=
O L1 L2 ij i
i 1
权值iLj 1对误差E的影响
E
iLj 1
E
net
L1 j
net
L1 j
iLj 1
O L1 L2
j
i
输出层的权值iLj 1调整 iLj 1修正应使误差E最快减小
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
BP神经网络的优缺点
BP神经网络的优缺点BP神经网络，也称为“反向传播神经网络”，是一种常见的人工神经网络模型。
它是基于误差反向传播算法的一种机器学习方法，广泛应用于分类、回归、预测等场景中。
优点1. 非线性逼近能力强BP神经网络的非线性逼近能力优秀，可以逼近任何非线性的函数。
它的输入层、隐层和输出层之间的结构可以实现对高维非线性数据的拟合。
2. 适用 range 广泛BP神经网络可以应用于许多不同领域，如医药、自然语言处理、图像识别等。
它可以对各种形式的数据进行分类、回归、预测等。
3. 学习能力强BP神经网络可以通过大量的样本数据进行训练，并能够自动学习和自我适应。
可以对训练数据进行高效的学习和泛化，从而适应未知数据。
4. 适应动态环境BP神经网络可以适应不断变化的环境。
当模型和所需输出之间的关系发生变化时，网络可以自适应，自动调整权重和阈值，以适应新的情况。
缺点1. 学习速度慢BP神经网络的学习速度相对较慢。
它需要大量的时间和数据来调整权重和阈值，以达到稳定的状态。
2. 容易陷入局部极小值BP神经网络很容易陷入局部极小值，而无法达到全局最优解。
这可能会导致网络的准确度降低，并影响到后续的预测、分类和回归任务。
3. 需要大量的数据BP神经网络需要大量的数据进行训练，以使网络达到优秀的效果。
如果训练数据不充分，可能会导致网络过度拟合或欠拟合。
4. 对初始参数敏感BP神经网络对初始参数非常敏感。
如果初始参数不好，那么网络可能会无法进行训练，或者陷入局部最小值。
综合来看，BP神经网络具有良好的非线性逼近能力和学习能力，但也存在一些缺点，比如学习速度慢、容易陷入局部极小值等。
因此，在具体应用场景中，我们需要权衡BP神经网络的优点和缺点，选择合适的机器学习模型进行训练和预测。
bp神经网络3篇
bp神经网络第一篇：BP神经网络的基本原理BP神经网络是一种最为经典的人工神经网络之一，它在模拟神经元之间的信息传输和处理过程上有很高的效率，可以被应用于多种领域，如图像处理、模式识别、预测分析等。
BP神经网络的核心思想是通过将神经元之间的权值调整来达到优化网络结构的目的，从而提高网络的准确率和泛化能力。
BP神经网络包含三个基本部分：输入层、隐层和输出层。
其中，输入层用于接收原始数据，隐层是神经元之间信号处理的地方，而输出层则用于输出最终的结果。
与其他的神经网络不同，BP神经网络使用了反向传播算法来调整神经元之间的权值。
这个算法是一种基于梯度下降的优化方法，通过最小化目标函数来优化权值，从而获得最小的误差。
具体来说，反向传播算法分为两个步骤：前向传播和反向传播。
前向传播是指从输入层开始，将数据经过神经元的传递和处理，一直到输出层，在这个过程中会计算每一层的输出值。
这一步完成后，就会得到预测值和实际值之间的误差。
接着，反向传播将会计算每个神经元的误差，并将误差通过链式法则向后传播，以更新每个神经元的权值。
这一步也被称为误差反向传播，它通过计算每个神经元对误差的贡献来更新神经元之间的权值。
总的来说，BP神经网络的优点在于其具有灵活性和较高的准确率。
但同时也存在着过拟合和运算时间过长等问题，因此在实际应用中需要根据实际情况加以取舍。
第二篇：BP神经网络的应用BP神经网络作为一种人工智能算法，其应用范围非常广泛。
以下是BP神经网络在不同领域的应用案例。
1. 图像处理BP神经网络在图像处理方面的应用主要有两个方面：图像分类和图像增强。
在图像分类方面，BP神经网络可以通过对不同特征之间的关系进行学习，从而对图像进行分类。
在图像增强方面，BP神经网络可以根据图像的特征进行修复和增强，从而提高图像的质量。
2. 股票预测BP神经网络可以通过对历史数据的学习来预测未来股市趋势和股票价格变化，对投资者提供参考依据。
3. 语音识别BP神经网络可以对人声进行测量和分析，从而识别出人说的话，实现语音识别的功能。
机器学习-BP(back propagation)神经网络介绍
BP神经网络BP神经网络，也称为反向传播神经网络（Backpropagation Neural Network），是一种常见的人工神经网络类型，用于机器学习和深度学习任务。
它是一种监督学习算法，用于解决分类和回归问题。
以下是BP神经网络的基本概念和工作原理：神经元（Neurons）：BP神经网络由多个神经元组成，通常分为三层：输入层、隐藏层和输出层。
输入层接收外部数据，隐藏层用于中间计算，输出层产生网络的最终输出。
权重（Weights）：每个连接两个神经元的边都有一个权重，表示连接的强度。
这些权重是网络的参数，需要通过训练来调整，以便网络能够正确地进行预测。
激活函数（Activation Function）：每个神经元都有一个激活函数，用于计算神经元的输出。
常见的激活函数包括Sigmoid、ReLU（Rectified Linear Unit）和tanh（双曲正切）等。
前向传播（Forward Propagation）：在训练过程中，输入数据从输入层传递到输出层的过程称为前向传播。
数据经过一系列线性和非线性变换，最终产生网络的预测输出。
反向传播（Backpropagation）：反向传播是BP神经网络的核心。
它用于计算网络预测的误差，并根据误差调整网络中的权重。
这个过程分为以下几个步骤：1.计算预测输出与实际标签之间的误差。
2.将误差反向传播回隐藏层和输入层，计算它们的误差贡献。
3.根据误差贡献来更新权重，通常使用梯度下降法或其变种来进行权重更新。
训练（Training）：训练是通过多次迭代前向传播和反向传播来完成的过程。
目标是通过调整权重来减小网络的误差，使其能够正确地进行预测。
超参数（Hyperparameters）：BP神经网络中有一些需要人工设置的参数，如学习率、隐藏层的数量和神经元数量等。
这些参数的选择对网络的性能和训练速度具有重要影响。
BP神经网络在各种应用中都得到了广泛的使用，包括图像分类、语音识别、自然语言处理等领域。
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神经网络分类
tk a2k
(1.3.1) (1.3.2)
1.3学习规划
算法的下一阶是反向传播的敏感性值，在开始反向传播 前需要先求传输函数的导数对于f1为对数S型激活函数：
f1
n
1
1 e
n
f1'
n
0
en 1
1 en 2
en 1 en
2f1 nΒιβλιοθήκη f1(n)1.3学习规划
对于f2为线性激活函数：
1.1BP神经网络介绍
BP算法分为两个部分： 第一部分（正向传播过程）输入信息从输入层经 隐层逐层计算各单元的输出值 第二部分（反向传播过程）输出 误差逐层向前计算出隐层各单元 的误差，并用此误差修正前层权 值，最终使误差减小到可接受的 范围。具体步骤如下：
1.1BP神经网络介绍
1.从训练集中取出某一样本，把信息输入网络中。 2.通过各节点间的连接情况正向逐层处理后，得到神经 网络的实际输出。 3.计算网络实际输出与期望输出的误差。 4.将误差逐层反向回传至之前各层，并按一定原则将误 差信号加载到连接权值上，使整个神经网络的连接权 值向误差减小的方向转化。 5、对训练集中每一个输入—输出样本对重复以上步骤， 直到整个训练样本集的误差减小到符合要求为止。
2.BP网络的激活函数必须是处处可微的，因此它不能采 用二值型的阀值函数{0，1}或符号函数{－1，1}
3.BP网络经常使用的是S型传输函数（如logsig函数）， 其输出值将会限制在较小的范围（0,1）内，线性传输 函数则可以取任意值
1.3学习规则
对于图1的BP神经网络，设K为迭代次数，则每层权值 和阈值的修正按下式进行：
f2' n n' 1
根据式：（1.3.1）或（1.3.2）和各层的传输函数，可求 出第K次迭代的误差曲面的梯度g（k）=∂E(K)/∂x(k), 代入x（k+1）=x(k)-αg(k),便可逐次修正其权值和阈 值，并使总的误差减小的方向变化，直到所要求的误 差性能为止。
BP神经网络
BP神经网络在函数逼近中的实现1.1 概述BP神经网络是目前人工神经网络模式中最具代表性,应用得最广泛的一种模型,具有自学习、自组织、自适应和很强的非线性映射能力,可以以任意精度逼近任意连续函数.近年来,为了解决BP网络收敛速度慢,训练时间长等不足,提出了许多改进算法.然而,在针对实际问题的BP网络建模过程中,选择多少层网络,每层多少个神经元节点,选择何种传递函数等,均无可行的理论指导,只能通过大量的实验计算获得.MATLAB中的神经网络工具箱(Neural NetworkToolbox,简称NNbox),为解决这一问题提供了便利的条件.神经网络工具箱功能十分完善,提供了各种MATLAB函数,包括神经网络的建立、训练和仿真等函数,以及各种改进训练算法函数,用户可以很方便地进行神经网络的设计和仿真,也可以在MATLAB源文件的基础上进行适当修改,形成自己的工具包以满足实际需要。
此项课题主要是针对MATLAB软件对BP神经网络的各种算法的编程，将神经网络算法应用于函数逼近和样本含量估计问题中，并分析比较相关参数对算法运行结果的影响。
人工神经网络（Artificial Neural Networks，NN）是由大量的、简单的处理单元（称为神经元）广泛地互相连接而形成的复杂网络系统，它反映了人脑功能的许多基本特征，是一个高度复杂的非线性动力学系统。
神经网络具有大规模并行、分布式存储和处理、自组织、自适应和自学习能力，特别适合处理需要同时考虑许多因素和条件的、不精确和模糊的信息处理问题。
神经网络的发展与神经科学、数理科学、认知科学、计算机科学、人工智能、信息科学、控制论、机器人学、微电子学、心理学、微电子学、心理学、光计算、分子生物学等有关，是一门新兴的边缘交叉学科。
神经网络具有非线性自适应的信息处理能力，克服了传统人工智能方法对于直觉的缺陷，因而在神经专家系统、模式识别、智能控制、组合优化、预测等领域得到成功应用。
BP神经网络 百度百科
BP神经⽹络 百度百科 在⼈⼯神经⽹络发展历史中，很长⼀段时间⾥没有找到隐层的连接权值调整问题的有效算法。
直到误差反向传播算法（BP 算法）的提出，成功地解决了求解⾮线性连续函数的多层前馈神经⽹络权重调整问题。
BP (Back Propagation)神经⽹络，即误差反传误差反向传播算法的学习过程，由信息的正向传播和误差的反向传播两个过程组成。
输⼊层各神经元负责接收来⾃外界的输⼊信息，并传递给中间层各神经元；中间层是内部信息处理层，负责信息变换，根据信息变化能⼒的需求，中间层可以设计为单隐层或者多隐层结构；最后⼀个隐层传递到输出层各神经元的信息，经进⼀步处理后，完成⼀次学习的正向传播处理过程，由输出层向外界输出信息处理结果。
当实际输出与期望输出不符时，进⼊误差的反向传播阶段。
误差通过输出层，按误差梯度下降的⽅式修正各层权值，向隐层、输⼊层逐层反传。
周⽽复始的信息正向传播和误差反向传播过程，是各层权值不断调整的过程，也是神经⽹络学习训练的过程，此过程⼀直进⾏到⽹络输出的误差减少到可以接受的程度，或者预先设定的学习次数为⽌。
BP神经⽹络模型BP⽹络模型包括其输⼊输出模型、作⽤函数模型、误差计算模型和⾃学习模型。
（1）节点输出模型 隐节点输出模型：Oj=f(∑Wij×Xi-qj) (1) 输出节点输出模型：Yk=f(∑Tjk×Oj-qk) (2) f-⾮线形作⽤函数；q -神经单元阈值。
图1 典型BP⽹络结构模型 （2）作⽤函数模型 作⽤函数是反映下层输⼊对上层节点刺激脉冲强度的函数⼜称刺激函数，⼀般取为(0,1)内连续取值Sigmoid函数：f(x)=1/(1+e) （3） （3）误差计算模型 误差计算模型是反映神经⽹络期望输出与计算输出之间误差⼤⼩的函数： Ep=1/2×∑(tpi-Opi) (4) tpi- i节点的期望输出值；Opi-i节点计算输出值。
（4）⾃学习模型 神经⽹络的学习过程，即连接下层节点和上层节点之间的权重拒阵Wij的设定和误差修正过程。
BP人工神经网络的基本原理模型与实例
w14
0.2+(0.9) (-0.0087)(1)=0.192
w15
-0.3+(0.9) (-0.0065)(1)=-0.306
w24
0.4+(0.9) (-0.0087)(0)=0.4
w25
0.1+(0.9) (-0.0065)(0)=0.1
w34
-0.5+(0.9) (-0.0087)(1)=-0.508
8.1人工神经网络旳基本概念
人工神经网络在本质上是由许多小旳非线性函数构成 旳大旳非线性函数，反应旳是输入变量到输出变量间旳复 杂映射关系。先给出单个人工神经网络旳一般模型描述：
8.1人工神经网络旳基本概念
先来看一种单一输入旳神经元模型 输入变量：x1 连接权重：w1 激活函数：f (·)
x1 w1
w1x1 f (·)
8.1人工神经网络旳基本概念
8.1人工神经网络旳基本概念
单极sigmoid函数
8.1人工神经网络旳基本概念
双曲函数
8.1人工神经网络旳基本概念
增长激活阈值后旳神经元模型 输入变量：x1 连接权重：w1 激活函数：f (·)
x1 w1
w1x1-θ f (·)
-1
小练习：请你算一算，当初始输入、权重和激活阈值为如下数值时，该神 经元旳净输入和输出分别是多少？
2．反向传播 反向传播时，把误差信号按原来正向传播旳通路反向
传回，并对每个隐层旳各个神经元旳权系数进行修改，以 望误差信号趋向最小。
8.2 误差反向传播(BP)神经网 络
8.2 误差反向传播(BP)神经网 络
x1 x2
x3
单元 j 6
1 w14
Err4=
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
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(( d 2
o 1
o
( k ) f( w h o h o h ( k ) b o ) ))
2 h 1
p
hoh (k ) h ih ( k )
hoh (k )
q
( d o ( k ) y o o ( k )) f ( y i o ( k )) w h o
3. BP网络学习算法
学习的过程： 神经网络在外界输入样本的刺激下不断改变网络的连接权值，以 使网络的输出不断地接近期望的输出。 学习的本质： 对各连接权值的动态调整 正向传播：
输入样本－－－输入层－－－各隐层－－－输出层
判断是否转入反向传播阶段： 若输出层的实际输出与期望的输出不符 误差反传 误差以某种形式在各层表示－－－－修正各层单元的权值
hi h ( k )
hi h ( k ) w ih
h (k ) xi (k )
w ih h ( k ) x i ( k )
第八步，计算全局误差
E 1 2m
(d
k 1 o 1
m
q
o
( k ) y o ( k ))
2
第九步，判断网络误差是否满足要求。当误差 达到预设精度或学习次数大于设定的最大次数 ，则结束算法。否则，选取下一个学习样本及 对应的期望输出，返回到第三步，进入下一轮 学习。
%创建一个BP神经网络，每一个输入向量的取值范围为[0 ,1]，隐含层有 5个神经元，输出层有一个神经元，隐含层的激活函数为tansig，输出层的 激活函数为logsig，训练函数为梯度下降函数 net=newff([0 1;0 1;0 1],[5,1],{'tansig','logsig'},'traingd'); net.trainParam.epochs=15000; %训练步数 net.trainParam.goal=0.01; %误差性能目标值
4 BP神经网络的应用实例
例2-3，下表为某药品的销售情况，现构建一个如下的三层BP神经 网络对药品的销售进行预测：输入层有三个结点，隐含层结点数为 5，隐含层的激活函数为tansig；输出层结点数为1个，输出层的激 活函数为logsig，并利用此网络对药品的销售量进行预测，预测方 法采用滚动预测方式，即用前三个月的销售量来预测第四个月的销 售量，如用1、2、3月的销售量为输入预测第4个月的销售量，用2 、3、4月的销售量为输入预测第5个月的销售量.如此反复直至满足 预测精度要求为止。 月份 销量
N 1 N
e w ho
o (k )hoh (k )
w ho o ( k ) h o h ( k )
第七步，利用隐含层各神经元的 各神经元的输入修正连接权。
h
(k )
和输入层
w ih ( k ) w ih
N 1 N
e w ih
e
y io w h o
( w h o h o h ( k ) bo )
h
p
w ho
hoh (k )
e yio
(
1 2
o 1
q
( d o ( k ) yo o ( k ))) yio
2
( d o ( k ) yo o ( k )) yo o ( k )
第三步，计算隐含层各神经元的输入和输出
n
h ih ( k )
i 1
w ih x i ( k ) b h
h 1, 2 , , p
h o h ( k ) f( h i h ( k ))
y io ( k )
h 1, 2 , , p
o 1, 2 , q
h 1
BP神经网络
神经元
人工神经网络
BP神经网络
生物神经元模型
特征：
（1）信息处理和存储单元结合在一起
（2）一种并行、分布处理结构 （3）自组织、自学习功能
人工神经网络模型
历史中具有重要影响的神经网络
感知器
自适应线性单元 小脑自动机 BP神经网络 盒中脑BSB网络 自组织特征映射网络SOM Hopfield网络 双向联想记忆网络BAM 双向传播网CPN ……
1 2056
2 2395
3 2600
4 2298
5 1634
6 1600
月份
销量
7
1873
8
1478
9
1900
10
1500
11
2046
12
1556
%以每三个月的销售量经归一化处理后作为输入 P=[0.5152 0.8173 1.0000 ; 0.8173 1.0000 0.7308; 1.0000 0.7308 0.1390; 0.7308 0.1390 0.1087; 0.1390 0.1087 0.3520; 0.1087 0.3520 0.0000;]'; %以第四个月的销售量归一化处理后作为目标向量 T=[0.7308 0.1390 0.1087 0.3520 0.0000 0.3761];
给各连接权值分别赋一个区间（-1，1）内的随机数 ，设定误差函数e，给定计算精度值ε和最大学习次 数M。
第二步： 随机选取第k个输入样本及对应期望输出
x ( k ) x 1 ( k ), x 2 ( k ), , x n ( k )
d o ( k ) d 1 ( k ), d 2 ( k ), , d q ( k )
BP神经网络
BP神经网络概述 BP神经网络模型 BP网络学习算法 基本思想 推导过程 BP神经网络的应用实例 BP网络的局限性
1. 概述
Rumelhart，McClelland于1985年提出了BP网络的误差反向 后传BP(Back Propagation)学习算法
David Rumelhart
2.2 隐层数
一般认为，增加隐层数可以降低网络误差（也有文献认为不一定 能有效降低），提高精度，但也使网络复杂化，从而增加了网络的 训练时间和出现“过拟合”现象。 Hornik等早已证明：若输入层和输出层采用线性转换函数，隐层采 用Sigmoid转换函数，则含一个隐层的MLP网络能够以任意精度逼近 任何有理函数。显然，这是一个存在性结论。在设计BP网络时可参 考这一点，应优先考虑3层BP网络（即有1个隐层）。
e
y io
y io w h o
e
o (k )hoh (k )
h ih ( k ) w ih
n
h ih ( k )
h ih ( k ) w ih
( w ih x i ( k ) b h )
i 1
w ih
xi (k )
e h ih ( k )
J. McClelland
BP神经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。它的学习规则 是使用最速下降法，通过反向传播来不断调整网络的权值 和阈值，使网络的误差平方和最小。
2. BP神经网络模型
激活函数f(x)
必须处处可导
一般都使用S型函数
p
w h o h o h ( k ) bo
y o o ( k ) f( y i o ( k ))
o 1, 2 , q
第四步，利用网络期望输出和实际输出，计算 误差函数对输出层的各神经元的偏导数 ( k ) 。
o
e w ho
e
y io
y io ( k ) w ho
( d o ( k ) yo o ( k )) f ( yio ( k )) o ( k )
第五步，利用隐含层到输出层的连接权值、输 出层的 ( k ) 和隐含层的输出计算误差函数对隐 含层各神经元的偏导数 ( k ) 。
o h
e w ho
e w ih
BP神经网络的应用较为广泛，主要使用在构建预测模型 机械控制、信号处理、材料学、医学、水文预报等等
电子商务：
企业网站绩效评价 电子商务系统绩效评价 顾客满意度评价
例子：一种基于BP 神经网络的B2C电子商务 顾客满意度评价模型
第一步：列出B2C 电子商务顾客满意度评价指标体系
第二步：指标归一化处理
定量指标 Y=(X-min)/(max-min)
定性指标 专家打分法
第三步：网络模型的设计
输入层节点数：11个 隐含层节点数：4个 输出层节点数：5个
从验证及比较结果可看出，网络评价的结果和实际评价的结果 基本上是一致的，这标志着基于BP 神经网络的B2C电子商务企业顾
%设置学习速率为0.1 LP.lr=0.1; net=train(net,P,T);
%进行仿真
Y= sim(net,P);
%比较结果
plot(T) hold on plot(Y,'+')
由对比图可以看出预测效果与实际存在一定误差，此误差可以通过 增加运行步数和提高预设误差精度业进一步缩小。
误差改为 0.005
一般地，靠增加隐层节点数来获得较低的误差，其训练效果要比增 加隐层数更容易实现。
2.2 隐层节点数
在BP 网络中，隐层节点数的选择非常重要，它不仅对建立的神经 网络模型的性能影响很大，而且是训练时出现“过拟合”的直接原因， 但是目前理论上还没有一种科学的和普遍的确定方法。
目前多数文献中提出的确定隐层节点数的计算公式都是针对训练样 本任意多的情况。 事实上，各种计算公式得到的隐层节点数有时相差几倍甚至上百倍。 确定隐层节点数的最基本原则是：在满足精度要求的前提下取尽可能 紧凑的结构，即取尽可能少的隐层节点数。 研究表明，隐层节点数不仅与输入/输出层的节点数有关，更与需解 决的问题的复杂程度和转换函数的型式以及样本数据的特性等因素有 关。