第12章神经网络预测法讲解

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神经网络专题ppt课件

(4)Connections Science
(5)Neurocomputing
(6)Neural Computation
(7)International Journal of Neural Systems
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3.2 神经元与网络结构
人脑大约由1012个神经元组成，而其中的每个神经元又与约102～ 104个其他神经元相连接，如此构成一个庞大而复杂的神经元网络。神经元是大脑处理信息的基本单元，它的结构如图所示。它是以细胞体为主体，由许多向周围延伸的不规则树枝状纤维构成的神经细胞，其形状很像一棵枯树的枝干。它主要由细胞体、树突、轴突和突触 (Synapse，又称神经键)组成。
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4.互连网络
互连网络有局部互连和全互连两种。全互连网络中的每个神经元都与其他神经元相连。局部互连是指互连只是局部的，有些神经元之间没有连接关系。 Hopfield 网络和 Boltzmann 机属于互连网络的类型。
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人工神经网络的学习
学习方法就是网络连接权的调整方法。人工神经网络连接权的确定通常有两种方法：
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5. 20世纪70年代代表人物有Amari, Anderson, Fukushima, Grossberg, Kohonen
经过一段时间的沉寂后，研究继续进行
▪ 1972年，芬兰的T．Kohonen提出了一个与感知机等神经网络不同的自组织映射理论(SOM)。 ▪ 1975年，福岛提出了一个自组织识别神经网络模型。 ▪ 1976年C．V．Malsburg et al发表了“地形图”的自形成
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关于神经网络的国际交流
第一届神经网络国际会议于1987年6月21至24日在美国加州圣地亚哥召开，标志着神经网络研究在世界范围内已形成了新的热点。

神经网络预测法总结80页PPT

，我笑他人看不穿。(名言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者的牢骚，这是羊群中的瘟疫，我不能被它传染。我要尽量避免绝望，辛勤耕耘，忍受苦楚。我一试再试，争取每天的成功，避免以失败收常在别人停滞不前时，我继续拼搏。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德谟克利特 67、今天应做的事没有做，明天再早也是耽误了。——裴斯泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运的，只是一瞬之间。 ——歌德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命就永远只能是死水一潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候，睁大眼睛，千万别眨眼!你会看到世界由清晰变模糊的全过程，心会在你泪水落下的那一刻变得清澈明晰。盐。注定要融化的，也许是用眼泪的方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了，也不要以为过去的光荣可以被永远肯定。

Matlab中的神经网络预测方法

Matlab中的神经网络预测方法引言神经网络是一种模拟人脑神经元的计算模型，通过构建输入层、隐藏层和输出层之间的连接，可以对复杂的非线性问题进行建模和预测。

在Matlab中，有丰富的神经网络工具箱，提供了多种神经网络预测方法和算法。

本文将介绍一些常用的神经网络预测方法，并说明其在Matlab中的实现原理和应用场景。

一、前馈神经网络（Feedforward Neural Network）前馈神经网络是最常见的神经网络模型，也是最基本的一种。

其模型结构包括输入层、隐藏层和输出层，信号在网络中只能向前传播，不会回流。

前馈神经网络使用反向传播算法进行训练，通过不断调整连接权值和阈值来提高网络的预测能力。

在Matlab中，可以使用feedforwardnet函数创建前馈神经网络模型。

该函数的输入参数包括隐藏层节点数、训练算法和激活函数等。

例如，以下代码创建一个具有10个隐藏层节点的前馈神经网络模型：```matlabnet = feedforwardnet(10);```创建好的神经网络模型可以通过train函数进行训练，如下所示：```matlabnet = train(net, X, Y);```其中X和Y为训练数据的输入和输出。

训练完成后，可以使用sim函数对新的数据进行预测，如下所示：```matlabY_pred = sim(net, X_pred);```Y_pred为预测结果，X_pred为待预测的输入数据。

二、递归神经网络（Recurrent Neural Network）递归神经网络是另一种常见的神经网络模型，不同于前馈神经网络，递归神经网络允许信号在网络中进行循环传播，使得模型可以处理序列数据和时间序列数据。

递归神经网络拥有记忆功能，可以通过上一时刻的输出来影响当前时刻的输出。

在Matlab中，可以使用narnet函数创建递归神经网络模型。

该函数的输入参数包括隐藏层节点数、训练算法和激活函数等。

神经网络预测的原理及应用

神经网络预测的原理及应用神经网络预测的原理神经网络是一种模仿人类大脑神经元之间连接方式和工作原理的数学模型。

神经网络通过多层的神经元之间相互连接来模拟输入与输出之间的关系，并通过训练过程来调整连接权重，从而实现数据的预测。

神经网络预测的原理包括以下几个关键步骤：1. 数据准备首先，需要准备好用于训练神经网络的数据集。

数据集应包含输入数据和对应的标签或输出数据。

对于监督学习问题，输入数据和输出数据要有明确的对应关系。

2. 网络结构设计设计适当的神经网络结构是预测的重要步骤。

神经网络由多个层次组成，包括输入层、隐藏层和输出层。

输入层接收原始数据，隐藏层进行中间处理，输出层产生预测结果。

3. 前向传播在前向传播阶段，输入数据从输入层开始，通过隐藏层逐渐传递到输出层。

在每个神经元中，输入数据经过加权和激活函数的处理，并传递给下一层的神经元。

4. 损失函数计算预测的结果需要和实际标签进行比较，以计算预测误差。

常用的损失函数包括均方误差、交叉熵等。

5. 反向传播通过反向传播算法，神经网络根据损失函数的结果，逐层计算各个神经元的梯度，并利用梯度下降法来更新网络中的权重和偏置，使得预测结果逐渐接近实际标签。

6. 优化算法选择选择合适的优化算法对神经网络进行训练可以加快收敛速度和提高预测准确率。

常见的优化算法有梯度下降、Adam、RMSprop等。

7. 模型评估在训练完成后，需要对模型进行评估，以验证其在未知数据上的预测能力。

常用的评估指标包括准确率、召回率、F1值等。

神经网络预测的应用神经网络预测在各个领域都有广泛的应用，以下列举几个常见的应用场景：1. 图像识别神经网络在图像识别方面有着广泛应用。

通过对大量的图像数据进行训练，神经网络可以学习到图像的特征，实现对图像中物体的自动识别和分类。

2. 自然语言处理神经网络在自然语言处理方面的应用也十分重要。

通过处理文本数据，神经网络可以实现语义分析、情感分析、机器翻译等任务，为人们提供更智能的语言交互体验。

神经网络预测法

12.1.3 BP神经网络过程
1．BP网络的结构
BP网络是一种单向传播的多层前向网络，具有三层或三层以上的神经网络，包括输入层、中间层(隐层)和输入层。上下层之间实现全连接，每一层神经元之间无连接。
输入层
隐层
输出层
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2．传递函数或激活函数
一般输入层和隐层的传递函数是S形函数（logsig）：
国内贷款 0.3684 0.3541 0.1176 0.4274 -0.0649 0.2077 0.2175 0.2340 -0.1785 0.9792 -0.4979
住宅销售额 0.5677 0.2616 0.2983 0.0965 0.3185 0.4722 -0.0675 0.1267 -0.4295 0.7275 -0.1880
如此反复迭代，就得到对未来一段时期的预测值。
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12.2 BP神经网络的MATLAB函数
1．数据的预处理和后处理
数据的预处理和后处理是有效训练神经网络的关键步骤，直接影响到训练后神经网络的性能。常见的方法是将原始数据进行归一化处理，即通过一定的线性变换将输入和输出数据统一限制在[0，1]或[-1，1]区间内。
格式：net=newff(PR，SN，TF，BTF，BLF，PF)；说明：PR：表示由每组输入（共P组）元素的最大值和最小值
组成的P×2维矩阵；或用函数minmax(P)表示； SN：表示网络隐含层和输出层神经元的个数； TF：表示网络隐含层和输出层的传递函数，tansig（默认），
logsig，purelin； BTF：表示网络的训练函数。普通训练traingdm：需设定
住宅销售额办公楼销售额
232.02

神经网络方法-PPT课件精选全文完整版

信号和导师信号构成，分别对应网络的输入层和输出层。输
入层信号 INPi (i 1,根2,3据) 多传感器对标准试验火和各种环境条件
下的测试信号经预处理整合后确定，导师信号
Tk (k 1,2)
即上述已知条件下定义的明火和阴燃火判决结果，由此我们
确定了54个训练模式对，判决表1为其中的示例。
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基于神经网络的融合算法
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局部决策
局部决策采用单传感器探测的分析算法，如速率持续法，即通过检测信号的变化速率是否持续超过一定数值来判别火情。设采样信号原始序列为
X(n) x1 (n), x2 (n), x3 (n)
式中，xi (n) (i 1,2,3) 分别为温度、烟雾和温度采样信号。
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局部决策
定义一累加函数 ai (m为) 多次累加相邻采样值的xi (差n) 值之和
样板和对应的应识别的结果输入人工神经网络，网络就会通过
自学习功能，慢慢学会识别类似的图像。
第二，具有联想存储功能。人的大脑是具有联想功能的。用人
工神经网络的反馈网络就可以实现这种联想。
第三，具有容错性。神经网络可以从不完善的数据图形进行学
习和作出决定。由于知识存在于整个系统而不是一个存储单元
中，一些结点不参与运算，对整个系统性能不会产生重大影响。
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仿真结果
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仿真结果
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7.2 人工神经元模型—神经组织的基本特征
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7.2 人工神经元模型—MP模型
从全局看，多个神经元构成一个网络，因此神经元模型的定义要考虑整体，包含如下要素：（1）对单个人工神经元给出某种形式定义；（2）决定网络中神经元的数量及彼此间的联结方式；（3）元与元之间的联结强度（加权值）。

神经网络预测时间序列

神经网络预测时间序列如何作预测?理想方法是利用已知数据建立一系列准则,用于一般条件下预测,实际上由于系统的复杂性而不太可能,如股票市场预测。

另一种途径是假设一次观测中过去、未来值之间存在联系。

其中一种选择是发现一个函数,当过去观测值作为输入时,给出未来值作为输出。

这个模型是由神经网络来实现的。

1.2 神经网络预测时间序列(1) 简单描述在时间序列预测中,前馈网络是最常使用的网络。

在这种情形下,从数学角度看,网络成为输入输出的非线性函数。

记一个时间序列为}{n x ,进行其预测可用下式描述:),,(1+-1-+=m n n n k n x x x f x (1)时间序列预测方法即是用神经网络来拟合函数)(⋅f ,然后预测未来值。

(2) 网络参数和网络大小用于预测的神经网络性质与网络参数和大小均有关。

网络结构包括神经元数目、隐含层数目与连接方式等,对一个给定结构来说, 训练过程就是调整参数以获得近似基本联系,误差定义为均方根误差,训练过程可视为一个优化问题。

在大多数的神经网络研究中,决定多少输入与隐层单元数的定量规则问题目前尚未有好的进展,近有的是一些通用指导:首先, 为使网络成为一个完全通用的映射,必须至少有一个隐层。

1989年证明一个隐层的网可逼近闭区间内任意一个连续函数。

其次,网络结构要尽可能紧致,即满足要求的最小网络最好。

实际上,通常从小网络开始。

逐步增加隐层数目。

同样输入元数目也是类似处理。

(3) 数据和预测精度通常把可用的时间序列数据分为两部分:训练数据和检验数据。

训练数据一般多于检验数据两倍。

检验过程有三种方式:短期预测精度的检验。

用检验数据作为输入,输出与下一个时间序列点作比较,误差统计估计了其精度。

长期预测中迭代一步预测。

以一个矢量作为输入,输出作为下一个输入矢量的一部分,递归向前传播。

直接多步预测。

即用1+-1-m n n n x x x ,,直接进行预测,输出k n x +的预测值,其中1>k 。

神经网络预测方法

(4)神经网络的预测方法神经网络(Neural Network)是由许多并行的、高度相关的计算处理单元组成，这些单元类似生物神经系统的神经元。

虽然单个的神经元的结构十分简单，但是，由大量神经元相互连接所构成的神经元系统所实现的行为是十分丰富的。

与其它方法相比，神经网络具有并行计算和白适应的学习能力㈤。

神经网络系统是一个非线性动力学系统计算系统。

神经网络模型有许多种类，经常使用的有BP网络、RBF网络、Hopfield网络、Kohonen网络、BAM网络等等，近年又出现了神经网络与模糊方法、遗传算法相结合的趋势。

浚方法已在交通流预测中得到了应用。

在交通流预测中应用最早使用最多的是反传BP网络。

应用神经网络进行交通流预测的步骤如下：第一步，根据实际情况，选择适当的网络结构作为预测工具，根据已确定的预测因子和被预测量，决定网络的输入和输出，进而决定网络的结构(网络各层次的节点数)第二步，准备样本数据和样本的规范化处理，样本分为训练样本和检验样本；第三步，利用训练样本是对网络进行训练和学习；第四步，利用检验样本对网络训练结构进行检验，验证网络的泛化能力；第五步，用训练好的网络，根据已知的数据进行实际预测。

与传统的预测方法相比，神经网络的预测方法的预测精度要好一些。

这主要是得益于神经网络自身的特点。

神经网络擅长描述具有较强非线性、难于用精确数学模型表达的复杂系统的特性，并且具有自适应能力。

由于神经网络算法是离线学习，在线预测，所以几乎没有延时，实时性很好。

此外，神经网络对预测因子的选择也较为灵活，任何认为与待预测交通流量有关的数据均可纳入输入向量中。

但是，神经网络也有一些弱点，主要表现在以下几个方面：三、由于使用大量的样本进行训练，所以神经网络的学习训练过程收敛较慢，容易产生“过度学习”的情况，陷入对样本值的机械记忆而降低了泛化能力。

因此，应用神经网络目前很难做到在线学习，只能将学习与预测分离成两个阶段(一个离线、一个在线)来完成。

如何使用人工神经网络算法进行预测

如何使用人工神经网络算法进行预测人工神经网络算法是一种模拟人脑神经网络功能的数学模型，它可以用于处理非线性系统、进行分类和预测等多种任务。

在预测方面，人工神经网络算法已经被广泛应用于股票市场、气象预报、交通流量等领域。

本文将从设计神经网络、收集数据、训练模型和预测结果等几个方面介绍如何使用人工神经网络算法进行预测。

一、设计神经网络设计一个合适的神经网络结构是进行预测的关键。

常见的神经网络结构包括前馈神经网络、反馈神经网络和卷积神经网络等。

其中，前馈神经网络最为常见，也是最简单的一种神经网络。

它的结构类似于一个多层感知机，由输入层、隐层和输出层构成。

隐层的数量和每层的神经元数量需要根据具体任务来确定。

除此之外，还需要选择合适的激活函数、损失函数和优化算法。

激活函数用于计算神经元的输出值，损失函数用于衡量预测结果与真实结果的差距，优化算法用于更新神经网络中的权重和偏置。

二、收集数据在进行预测前，需要收集和整理相关的数据。

数据可以来源于公开的数据集，也可以通过爬虫程序从网站等来源中获取。

在收集数据时，需要注意数据的质量和完整性。

如果数据中存在缺失值、异常值或者噪声数据，需要进行数据清洗和处理，保证数据的准确性和可靠性。

三、训练模型在数据收集完毕后，需要将数据分为训练集和测试集。

通常情况下，将数据集的70%作为训练集，30%作为测试集。

训练集用于训练神经网络模型，测试集用于测试模型的预测效果。

在训练模型时，需要选择合适的超参数。

超参数包括学习率、批次大小、迭代次数等。

不同的超参数对模型的预测效果有较大的影响，需要通过交叉验证等方法进行优化。

四、预测结果在训练完神经网络模型后，可以使用该模型进行预测。

对于时间序列预测或者连续数值预测等场景，需要使用递归预测的方法。

具体来说，就是将预测结果作为下一个时间步的输入进行预测，直到预测预期的时间步数。

需要注意的是，预测结果只是一种可能的情况，而不是一定的结果。

在实际预测中，需要结合主观判断和其他因素考虑预测结果的可靠性和可行性。

神经网络中的时间序列预测模型详解

神经网络中的时间序列预测模型详解时间序列预测是一种重要的数据分析和预测方法，广泛应用于金融、交通、气象等领域。

神经网络作为一种强大的机器学习工具，在时间序列预测中也发挥着重要作用。

本文将详细介绍神经网络中的时间序列预测模型。

一、时间序列预测的基本概念时间序列是指按时间顺序排列的一组数据，具有时间相关性。

时间序列预测的目标是根据过去的观测值，预测未来的值。

常见的时间序列预测方法包括移动平均法、指数平滑法和ARIMA模型等。

然而，这些传统方法在处理复杂的非线性时间序列时表现不佳，而神经网络能够更好地捕捉数据中的非线性关系。

二、前馈神经网络模型前馈神经网络（Feedforward Neural Network）是一种最基本的神经网络模型，也是时间序列预测中常用的模型之一。

它由输入层、隐藏层和输出层组成，每个神经元与相邻层的神经元完全连接。

前馈神经网络通过学习输入和输出之间的映射关系，实现时间序列的预测。

在时间序列预测中，前馈神经网络通常使用滑动窗口的方式进行训练。

滑动窗口是指将时间序列划分为多个子序列，每个子序列包含固定长度的历史观测值作为输入，下一个观测值作为输出。

通过训练神经网络，使其能够根据历史观测值预测下一个观测值。

三、循环神经网络模型循环神经网络（Recurrent Neural Network，RNN）是一种具有记忆功能的神经网络模型，能够处理时间序列数据。

与前馈神经网络不同，循环神经网络在隐藏层之间引入了循环连接，使得网络能够保存过去的信息并传递到未来。

在时间序列预测中，循环神经网络通常使用长短期记忆网络（Long Short-Term Memory，LSTM）或门控循环单元（Gated Recurrent Unit，GRU）作为隐藏层的组成单元。

这些单元通过门控机制来控制信息的流动，有效解决了传统RNN中的梯度消失和梯度爆炸问题。

四、卷积神经网络模型卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）是一种在图像处理领域取得巨大成功的神经网络模型，近年来也被应用于时间序列预测中。

利用神经网络进行模式识别和预测

利用神经网络进行模式识别和预测神经网络是一种借鉴人类神经系统工作原理设计的计算模型，它以其出色的模式识别和预测能力而备受瞩目。

在各个领域，神经网络都被广泛应用于模式识别和预测任务中。

模式识别是指根据输入数据的特征，将其归类到不同的类别中。

神经网络通过学习大量样本的特征，能够将具有相似特征的数据自动分类。

例如，在图像识别任务中，神经网络可以通过学习大量不同类别的图像样本，实现对新图像的自动分类。

这一能力对于许多领域具有重要意义，如人脸识别、医学图像分析和安全监控等。

预测是指根据过去的数据和模式，预测未来的趋势和结果。

神经网络通过学习大量历史数据的模式和规律，能够实现准确的预测。

例如，在股市预测任务中，神经网络可以通过学习股票市场的历史数据，预测未来某只股票的走势。

这种能力对于金融投资和经济决策具有重要的参考价值。

神经网络的模式识别和预测能力源于其多层、非线性的结构。

神经网络由若干个神经元组成的层级网络，每个神经元通过接收上一层神经元的输出，并通过非线性的激活函数进行计算和传递。

这样的设计使得神经网络能够处理复杂的输入数据，并学习其中的模式和规律。

在神经网络的训练过程中，需要使用大量的样本数据进行参数调整和模型优化。

通过不断迭代调整网络的权重和偏置，使得神经网络能够更好地拟合训练数据，并具有良好的泛化能力。

在模式识别任务中，训练数据的质量和数量对于神经网络的性能至关重要。

然而，神经网络也存在一些挑战和限制。

首先，神经网络的训练过程通常需要较长时间，特别是对于复杂的任务和大规模的数据集。

其次，神经网络的结构和参数需要合理的选择和调整，否则可能导致模型过拟合或欠拟合。

此外，神经网络的解释性相对较弱，难以解释其学习到的模式和决策过程。

尽管如此，神经网络仍然是一种强大的模式识别和预测工具，被广泛应用于各个领域。

随着技术的不断发展，神经网络的性能和应用领域将得到进一步拓展。

我们有理由相信，神经网络将在未来的模式识别和预测任务中发挥更加重要的作用。

神经网络预测

6.1 概述在众多的人工神经网络模型当中，Hopfield 网络和BP 网络是应用得比较广泛的神经网络模型，其在预测科学中有着重要的用途。

在此，我们简要探讨这两种模型。

6.1.1 Hopfield 神经网络简介Hopfield 神经网络的数学模型为⎪⎩⎪⎨⎧==++-=∑=N i u g V V T I R u t u C i i Nj jij i i i,,2,1)(d d 1 上述模型可以简化为如下形式：⎪⎩⎪⎨⎧==+=∑=N i u g V I V T t u C i i Nj ij ij i,,2,1)(d d 1 定义系统的能量函数为∑∑∑===--=N j Ni i i j i ij Ni I V V V T E 111,21可以证明：0d d ≤t E 且0d d =tV i 的充要条件是]13[0d d =t E，即系统的稳定平衡点就是函数E 的极小点。

因此该网络的运算过程实际上就是一个局部极小的寻优过程，目标函数就是该网络系统的能量函数。

6.1.2 BP 神经网络简介1.BP 算法的步骤如下：（1）初始化，选定合理的网络结构，置所有可调参数（权和阈值）为均匀分布的较小数值。

（2）对每个输入样本作如下计算：① 前向计算对第l 层的j 单元∑=-=pi l i l ji l jn y n V 1)1()()()()(ω其中，)()1(n y l i -为前一层（)1(-l 层）的单元i 送来的工作信号（0=i 时置)()(,1)()()(0)1(0n n n y l j l j l θω=-=-），若单元j 的作用函数为Sigmoid 函数，则))(exp(11)()()(n v n y l j l j -+=且))(1)(())(()()(n y n y n V l j l j j j -=ϕ若神经元j 属于第1隐层（1=l ），则有)()()0(n x n y j j =若神经元j 属于输出层（L l =），则有)()()(),()()(n Q n d n e n Q n y j j j j L j -==②反向计算δ对输出单元))(1)(()()()()(n O n O n e n j j L j L j -=δ对隐单元∑++-=kl kj l k l j l j l j n n n y n y n )()()](1)[()()1()1()()()(ωδδ③按下式修正权值：)()()()1()1()()()(n y n n n l j l j l ji l ji -+=+ηδωω（3）1+=n n ，输出新的样本（或新一周期样本）直至∑∑=∈Nn Cj j n e N 12)(21达到预定要求。

神经网络预测精度

神经网络预测外汇的误差、精度情况一、涨落方向预测效果1.1涨落方向的计算公式：for( i=0;i<Testnum;i++)If((Result[i+1]- Result[i])* (Computer_Result[i+1]- Computer_Result[i]))>=0num=num+1percent=(num/Testnum)*100%公式中，Testnum 表示测试例数；Result 表示用来测试数据的实际值，Computer_Result 表示通过神经网络训练学习而计算出的测试数据的预测值。

I 表示工作日，i+1表示下一个工作日；如果满足(Result[i+1]- Result[i])* (Computer_Result[i+1]- Computer_Result[i]))>=0 (1) 则说明第二天与第一天汇率实际值的差，和第二天与第一天汇率预测值的差是同号。

也就是说，第二天比第一天汇率的实际值增涨时，第二天比第一天的预测值也增涨了。

最终涨落度以这两者差的同号个数在测试例数中所占的比例来计量。

1.2涨落效果表1 涨落情况分析测试例数涨落度 20个 64%-71% 30个62%-70% 50个53%-59% 100个 53%-61%涨落情况分析如图所示，这是单机版forcast 的测试结果。

涨落度是满足上面（1）式的测试数据量与测试例数的比例。

从此分析结果得出如下结论：1、测试数据和训练数据间隔越近，准确度越高。

2、测数例数越少，涨落度的值越大。

二、误差分析2.1误差计算公式M x x Y M t t t SE 2)(12∑=-= （2）公式（2）为半方差SE （half square error ）计算误差公式，其中M 是预测的次数，t 是预测汇率的时间序数，t x 是第t 时刻汇率的预测值，t x 是第t 时刻汇率的实际值。

2.2误差效果分析这个误差计算结果主要用来衡量网络收敛效果。

BP神经网络预测模型

BP 神经网络模型基本原理( 1) 神经网络的定义简介神经网络是由多个神经元组成的广泛互连的神经网络, 能够模拟生物神经系统真实世界及物体之间所做出的交互反应. 人工神经网络处理信息是通过信息样本对神经网络的训练, 使其具有人的大脑的记忆, 辨识能力, 完成名种信息处理功能. 它不需要任何先验公式, 就能从已有数据中自动地归纳规则, 获得这些数据的内在规律, 具有良好的自学习, 自适应, 联想记忆, 并行处理和非线性形转换的能力, 特别适合于因果关系复杂的非确定性推理, 判断, 识别和分类等问题. 对于任意一组随机的, 正态的数据, 都可以利用人工神经网络算法进行统计分析, 做出拟合和预测.基于误差反向传播(Back propagation)算法的多层前馈网络(Multiple-layer feedforward network, 简记为BP 网络), 是目前应用最成功和广泛的人工神经网络.( 2) BP 模型的基本原理[3]学习过程中由信号的正向传播与误差的逆向传播两个过程组成. 正向传播时, 模式作用于输入层, 经隐层处理后, 传入误差的逆向传播阶段, 将输出误差按某种子形式, 通过隐层向输入层逐层返回, 并“分摊”给各层的所有单元, 从而获得各层单元的参考误差或称误差信号, 以作为修改各单元权值的依据. 权值不断修改的过程, 也就是网络学习过程. 此过程一直进行到网络输出的误差准逐渐减少到可接受的程度或达到设定的学习次数为止. 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.BP 网络由输入层, 输出层以及一个或多个隐层节点互连而成的一种多层网,这种结构使多层前馈网络可在输入和输出间建立合适的线性或非线性关系, 又不致使网络输出限制在-1和1之间. 见图( 1) .O 1 O 2 O i O m输入层输出层隐含层 …… …… ……( 大于等于一层) W (1)…W (L)( 3) BP 神经网络的训练BP 算法通过“训练”这一事件来得到这种输入, 输出间合适的线性或非线性关系. “训练”的过程可以分为向前传输和向后传输两个阶段：[1]向前传输阶段：①从样本集中取一个样本,i j P Q , 将i P 输入网络；②计算出误差测度1E 和实际输出(1)(2)()21(...((())...))L i L iO F F F PW W W =； ③对权重值L W W W ,...,)2()1(各做一次调整, 重复这个循环, 直到i E ε<∑.[2]向后传播阶段——误差传播阶段：①计算实际输出p O 与理想输出i Q 的差；②用输出层的误差调整输出层权矩阵； ③211()2mi ij ij j E Q O ==-∑； ④用此误差估计输出层的直接前导层的误差, 再用输出层前导层误差估计更前一层的误差. 如此获得所有其他各层的误差估计；⑤并用这些估计实现对权矩阵的修改. 形成将输出端表现出的误差沿着与输出信号相反的方向逐级向输出端传递的过程.网络关于整个样本集的误差测度：i iE E =∑几点说明:一般地，BP 网络的输入变量即为待分析系统的内生变量（影响因子或自变量）数，一般根据专业知识确定。

如何使用神经网络进行预测与分类

如何使用神经网络进行预测与分类神经网络是一种模拟人脑神经元网络的计算模型，它通过学习和训练，可以用于预测和分类问题。

在本文中，我们将探讨如何使用神经网络进行预测和分类，并介绍一些常用的技术和方法。

一、神经网络的基本原理神经网络由多个神经元组成，每个神经元接收输入信号，并通过激活函数进行加权求和和非线性转换，最终输出结果。

神经网络的训练过程就是通过调整神经元之间的连接权重，使得网络能够更好地适应输入和输出之间的关系。

二、数据预处理在使用神经网络进行预测和分类之前，我们需要对数据进行预处理。

这包括数据清洗、特征选择和标准化等步骤。

数据清洗是为了去除异常值和缺失值，以减少对模型的干扰。

特征选择是为了选择对目标变量有重要影响的特征，以提高模型的预测能力。

标准化是为了将数据转化为相同的尺度，以便神经网络更好地学习和处理。

三、神经网络的结构设计神经网络的结构设计是决定模型性能的关键因素之一。

一般来说，神经网络的结构包括输入层、隐藏层和输出层。

输入层接收原始数据，隐藏层进行特征提取和转换，输出层给出最终的预测和分类结果。

隐藏层的数量和神经元的个数可以根据问题的复杂程度进行调整。

此外，选择合适的激活函数和损失函数也是很重要的。

四、神经网络的训练和优化神经网络的训练是通过反向传播算法来实现的。

反向传播算法通过计算损失函数的梯度，然后根据梯度来调整神经元之间的连接权重，以减小预测误差。

为了避免过拟合，我们可以使用正则化技术，如L1正则化和L2正则化。

此外，还可以使用一些优化算法，如随机梯度下降和Adam优化算法，来加速训练过程。

五、神经网络的预测与分类应用神经网络可以应用于各种预测和分类问题。

例如，可以使用神经网络来预测股票价格、销售额、气温等连续型数据。

在这种情况下，输出层通常是一个线性激活函数，如恒等函数。

另外，神经网络也可以用于分类问题，如图像分类、文本分类等。

在这种情况下，输出层通常是一个softmax函数，用于计算各个类别的概率。

预测的神经网络方法

预测的神经网络方法用于时间序列分析的大多数方法，如勃克斯-詹金斯（Box-Jenkins ）方法均假设各变量之间是一种线性关系，这种局限性使其在实际应用过程中很难准确地进行分析和预测。

在过去的十多年中，一些学者注意到这种局限性并提出了一些非线性时间序列模型，如H. Tong 和K. S. Lim 提出的阈值自回归模型等，这些方法均属于模型驱动的方法，即首先辩识出各数据间的关系，然后再估计模型参数。

近年来，神经网络模型作为一种非线性模型被用来研究预测问题，由于其自身的特性，神经网络模型属于数据驱的方法。

目前，神经元网络模型已成功地应用于许多领域，诸如经济预测、财政分析、贷款抵押评估和矿产预测等许多经济领域。

将神经元网络应用于预测领域，总的来说有两种方式：直接预测和非直接预测。

1）直接预测这种方式是利用神经元网络的非线性特性去逼近一个时间序列或者一个时间序列的变型，通过神经元网络清晰的逻辑关系，利用过去时刻的值去表达未来时刻的值，即))(,),1(),(()1(~n t X t X t X t X --=+ θ利用神经元网络来研究预测问题，一个很大困难就在于如何确定网络的结构，具体地讲，就是如何确定隐层的节点数。

当隐层节点数太少时，预测的精度无法得到保证；太多时，网络在训练过程中又容易陷入局部极小点。

因此，在不减少网络性能的前提下，选择一个最佳的网络结构成为网络设计的关键。

不少学者在这方面进行了一些研究，提出了一些方法，从总体上看，这些方法可分为4类。

（1）特定方法采用这种方法时，分析设计人员通常对所要处理的问题有比较清晰的概念，网络的结构由过去的经验主观地来决定。

采用这种方法的一个理由是神经元网络具有较强的鲁棒性，即网络的性能通常不会受网络结构的影响。

然而，尽管神经元网络模型在某种程度上对某些问题具有很好的鲁棒性，但网络的结构通常会对网络的性能造成影响，这也是这种方法的缺陷。

（2）动态方法与特定方法不同，动态方法是在网络训练过程中根据系统误差动态地增加或减少网络隐层节点的数目，直到系统的误差不再改变为止。

在Matlab中使用神经网络进行预测

在Matlab中使用神经网络进行预测引言预测未来是人类长久以来的梦想。

随着计算机技术的不断发展，神经网络作为一种重要的预测工具被广泛应用。

Matlab作为一种功能强大的软件工具，提供了丰富的函数和工具箱，使得神经网络在Matlab中的应用变得更加简单和高效。

本文将介绍在Matlab中使用神经网络进行预测的方法与技巧。

一、神经网络基础1.1 神经元与权重神经网络是由神经元和连接它们的权重构成的。

神经元类似于人类大脑中的神经元，能够接受输入并产生输出。

权重则表示了神经元之间相互连接的强度。

1.2 激活函数激活函数在神经网络中起到了非常重要的作用。

它将神经元输入的加权和映射到合适的范围，通常是非线性的。

常见的激活函数有Sigmoid函数、ReLU函数等。

二、神经网络的训练与预测2.1 数据准备在进行神经网络预测之前，需要准备好训练数据和测试数据。

训练数据用于训练神经网络的权重，而测试数据用于评估神经网络在未知数据上的表现。

2.2 网络设计与构建根据预测问题的特点和要求，选择合适的神经网络结构。

在Matlab中，可以使用Neural Network Toolbox来构建神经网络。

根据问题的复杂程度，可以选择单层感知器、多层感知器等不同类型的神经网络。

2.3 训练过程在Matlab中，可以使用trainlm、trainbfg等函数来训练神经网络。

在进行训练之前，需要设置好训练参数，如学习率、最大迭代次数等。

通过反向传播算法，神经网络根据训练数据不断调整权重，以使得预测结果与实际结果之间的误差最小。

2.4 预测过程训练完成后，可以使用trained network来进行预测。

在Matlab中，可以使用仿真函数来对已经训练好的神经网络进行仿真。

将测试数据输入到神经网络中，即可得到预测结果。

三、神经网络预测问题案例3.1 股票价格预测股票价格的预测一直是投资者关注的重点。

利用神经网络可以分析历史交易数据，预测未来股价的趋势。

BP神经网络模型预测未来

BP神经网络模型预测未来BP神经网络算法概述:简介与原理BP神经网络是一种多层前馈神经网络，该网络的主要特点是：信号前向传递，误差反向传播。

在前向传递中，输入信号从输入层经隐含层逐层处理，直至输出层，每一层的神经元状态只影响下一层神经元状态。

如果输出层得不到期望输出，则转入反向传播，根据预测误差调整网络权值和阈值，从而使BP神经网络预测输出不断逼近期望输出。

BP神经网络的拓扑结构如下图所示：X1X2Y1Xn输入层隐含层输出层BP神经网络结构图图中是BP神经网络的输入值，是BP神经网络的预测值，为BP神经网络权值。

BP神经网络预测前首先要训练网络，通过训练使网络具有联想记忆和预测能力。

BP神经网络的训练过程包括一下几个步骤。

步骤一：网络初始化。

根据系统输入输出序列(,)X Y确定网络输入层节点数,n隐含层节点数l、输出层节点数m、初始化输入层、隐含层和输出层神经元之间的连接权值,,ωω初始化隐含层阈值a，给ij jk定输出层阈值b，给定学习速率和神经元激励函数。

步骤二：隐含层输出计算。

根据输入向量，输入层和隐含层间连接权值，以及隐含层阈值，计算隐含层输出。

步骤三：输出层输出计算。

根据隐含层输出，连接权值和阈值，计算BP神经网络预测输出。

步骤四：误差计算根据网络输出和预期输出，计算网络预测误差。

步骤五：权值更新。

根据网络预测更新网络连接权值步骤六：阈值更新。

根据网络预测误差更新网络节点阈值。

步骤七：判断算法迭代是否结束，若没有结束，返回步骤二。

下面是基本BP算法的流程图。

BP神经网络的拓扑结构如下图所示：X1X2Y1n X输入层隐含层输出层BP 神经网络预测的算法流程如下：步骤一：对初始数据进行标准化。

步骤二：利用原始数据对网络进行训练。

步骤三：对未来第t 年第i 类污染程度的河流长度比例进行预测。

步骤四：利用第年预测得到的数据作为样本再对网络进行训练。

步骤五：然后令1t t =+，回到Step2，直到10t =。