神经网络与人工神经网络控制综述
人工神经网络综述

人工神经网络综述〔摘要〕本文使用通谷易懂的语言从物理概念上深入浅出地介绍了人工神经网络的工作原理、特点及几种典型神经网络,避免出现繁琐的公式及数学推导。
希望能通过本文引起广大科研工作者对人工神经网络的认识和重视。
1 神经元模型的提出“人工神经网络”(ARTIFICIAL NEURAL NETWORK,简称A.N.N.)是在对人脑组织结构和运行机智的认识理解基础之上模拟其结构和智能行为的一种工程系统。
早在本世纪40年代初期,心理学家McCulloch、数学家Pitts就提出了人工神经网络的第一个数学模型,从此开创了神经科学理论的研究时代。
其后,F.Rosenblatt、Widrow和Hopf、J.J.Hopfield等学者又先后提出了感知模型,使得人工神经网络技术得以蓬勃发展。
神经系统的基本构造是神经元(神经细胞),它是处理人体内各部分之间相互信息传递的基本单元。
据神经生物学家研究的结果表明,人的一个大脑一般有~个神经元。
如图1所示,每个神经元都由一个细胞体,一个连接其他神经元的轴突和一些向外伸出的其它较短分支——树突组成。
轴突的功能是将本神经元的输出信号(兴奋)传递给别的神经元。
其末端的许多神经末梢使得兴奋可以同时传送给多个神经元。
树突的功能是接受来自其它神经元的兴奋。
神经元细胞体将接受到的所有信号进行简单地处理(如:加权求和,即对所有的输入信号都加以考虑且对每个信号的重视程度——体现在权值上——有所不同)后由轴突输出。
神经元的树突与另外的神经元的神经末梢相连的部分称为突触。
图1 神经元结构图图2 神经元模型对应于图1,可以很容易的建立起神经元的模型,如图2所示。
大脑之所以能够处理极其复杂的分析、推理工作,一方面是因为其神经元个数的庞大,另一方面还在于神经元能够对输入信号进行非线性处理。
因此,对图2可进一步建立起更接近于工程的数学模型,如图3所示,它是一个多输入单输出的非线性器件。
其中的权值W即代表神经元之间的连接强度,f(x)为非线性函数。
神经网络综述

2.人工神经网络的概况
2.1人工神经网络的应用
神经网络的应用已经涉及到各个领域,且取得了很大的进展。
图像处理:对图像进行边缘监测,图像分割,图像压缩和图像恢复。
机器人控制:对机器人轨道控制,操作机器人眼手系统,用于机械手的故障诊断及排除,智能自适应移动机器人的导航,视觉系统。
医疗:在乳房癌细胞分析,移植次数优化,医院费用节流,医院质量改进等方面均有应用。
2.2人工神经网络的趋势
人工神经网络特有的非线性适应性信息处理能力,克服了传统人工智能方法对于直觉,如模式、语音识别、非结构化信息处理方面的缺陷,使之在神经专家系统、模式识别、智能控制、组合优化、预测等领域得到成功应用。人工神经网络与其它传统方法相结合,将推动人工智能和信息处理技术不断发展。近年来,人工神经网络正向模拟人类认知的道路上更加深入发展,与模糊系统、遗传算法、进化机制等结合,形成计算智能,成为人工智能的一个重要方向,将在实际应用中得到发展。将信息几何应用于人工神经网的研究,为人工神经网络的理论研究开辟了新的途径。神经计算机的研究发展很快,已有产品进入市场。光电结合的神经计算机为人工神经网络的发展提供了良好条件。
1.2神经网络控制
神经网络控制是20世纪80年代末期发展起来的自动控制领域的前沿学科之一。它是智能控制的一个新的分支,为解决复杂的非线性、不确定、不确知系统的控制问题开辟了新途径。
神经网络控制是(人工)神经网络理论与控制理论相结合的产物,是发展中的学科。它汇集了包括数学、生物学、神经生理学、脑科学、遗传学、人工智能、计算机科学、自动控制等学科的理论、技术、方法及研究成果。
神经网络【文献综述】

毕业论文文献综述应用物理神经网络人工神经网络是由大量的简单基本元件——神经元相互联接而成的自适应非线性动态系统。
每个神经元的结构和功能比较简单,但大量神经元组合产生的系统行为却非常复杂神经网络反映了人脑功能的若干基本特性,但并非生物系统的逼真描述,只是某种模仿、简化和抽象。
与数字计算机比较,人工神经网络在构成原理和功能特点等方面更加接近人脑,它不是按给定的程序一步一步地执行运算,而是能够自身适应环境、总结规律、完成某种运算、识别或过程控制人工神经元的研究起源于脑神经元学说。
19世纪末,在生物、生理学领域,Waldeger等人创建了神经元学说。
人们认识到复杂的神经系统是由数目繁多的神经元组合而成。
大脑皮层包括有100亿个以上的神经元,每立方毫米约有数万个,它们互相联结形成神经网络,通过感觉器官和神经接受来自身体内外的各种信息,传递至中枢神经系统内,经过对信息的分析和综合,再通过运动神经发出控制信息,以此来实现机体与内外环境的联系,协调全身的各种机能活动若从速度的角度出发,人脑神经元之间传递信息的速度要远低于计算机,前者为毫秒量级,而后者的频率往往可达几百兆赫。
但是,由于人脑是一个大规模并行与串行组合处理系统,因而,在许多问题上可以作出快速判断、决策和处理,其速度则远高于串行结构的普通计算机。
人工神经网络的基本结构模仿人脑,具有并行处理特征,可以大大提高工作速度。
人脑存贮信息的特点为利用突触效能的变化来调整存贮内容,也即信息存贮在神经元之间连接强度的分布上,存贮区与计算机区合为一体。
虽然人脑每日有大量神经细胞死亡(平均每小时约一千个),但不影响大脑的正常思维活动。
而普通计算机是具有相互独立的存贮器和运算器,知识存贮与数据运算互不相关,只有通过人编出的程序使之沟通,这种沟通不能超越程序编制者的预想。
元器件的局部损坏及程序中的微小错误都可能引起严重的失常。
人类大脑有很强的自适应与自组织特性,后天的学习与训练可以开发许多各具特色的活动功能。
技术及工程应用讲稿5(人工神经网络与神经网络控制)

陆宝春 2008年11月
人工神经网络与神经网络控制
1 人工神经网络概述 2 人工神经网络发展 3 人工神经网络模型 4 神经网络的工作方式及其特点 5 神经网络的设计开发过程 6 人工神经网络的应用 7 神经网络控制 8 净水厂最佳投药量的神经网络控制系统 9 神经网络控制中有待解决的问题 10 人工神经网络的发展方向
2 人工神经网络发展
启蒙时期 低潮时期 复兴时期
新时期
(1)启蒙时期
1890年,心理学家W.Jams关于人脑结构与功 能的研究。 1943年,生理学家W.S.McCulloch和数学家 W.A.Pitts提出了神经元M-P模型。 1958年,计算机学家Frank Rosenblatt提出了 “感知器”(Perceptron)。
1 人工神经网络概述
人们以模仿人脑神经网络的信息表示、存储和 处理机制为基础,设计全新的计算机处理结构模型, 这也就促进了人工神经网络(artificial neural networks 简称NN)的研究与应用。
人工神经网络就是由多个简单的并行工作的处 理单元彼此以某种方式互连组成的系统。它模拟人 类大量脑细胞的高度连接,当有输入信号将神经元 激活时,经过神经回路产生输出。
学习期
神经元的连接权值通过学习 来修改
工作期
连接权值不变,由网络输入 得到相应的输出
(1)人工神经网络学习
人工神经网络学习就是通过对样本的学习 训练,不断改变网络连接权值和扩扑结构以使 网络的输出不断的接近期望的输出,其实质就 是连接权值的动态调整。神经网络的学习算法 很多,如BP算法。
Байду номын сангаас
(2)训练神经网络的基本步骤
(2)低潮时期
神经网络的综述

1.绪论 (3)1.1 神经网络的提出与发展 (3)1.2神经网络的定义 (3)1.3神经网络的发展历程 (4)1.4 神经网络研究的意义 (6)2.BP神经网络 (7)2.1 BP神经网络介绍 (7)2.2 BP算法的研究现状 (7)2.3 BP网络的应用 (8)2.4基本结构与学习算法 (8)2.5 动作过程 (11)2.6 主要特点及参数优选 (13)3.BP网络在复合材料研究中的应用 (15)3.1 材料设计 (15)3.2 性能预测 (16)2.4损伤检测和预测 (17)2.5 结论 (17)致谢: (18)BP神经网络综述摘要:本文阐述了人工神经网络和神经网络控制的基本概念特点以及两者之间的关系,讨论了人工神经网络的两个主要研究方向神经网络的VC 维计算和神经网络的数据挖掘,着重介绍了人工神经网络的工作原理和神经网络控制技术的应用首先介绍了神经网络的发展历程,随后对BP神经网络的学习方法分为了导师知识学习训练和模式识别决策,并重点分析了导师知识学习训练的网络结构和学习算法,最后介绍了BP神经网络在性能预测中的应用。
关键词:人工神经网络;神经网络控制;应用;维;数据挖掘Abstract:It expounds the basic concepts, characteristics of the artificial neural network and neural network control and the relationship between them.It discusses two aspects: the Vapnik-Chervonenkis dimension calculation and the data mining in neural nets.And the basic principle of artificial neural networks and applications of neural network control technology are emphatically introduced. Key words:Artificial Neural Networks; Neural Network Control;this paper introduces the developing process of neural networks, and then it divides the learning methods of BP neural network into a inst ructor knowledge learning training and pattern recognition decisions, and focus on analysis of the network structure and learning algorith m of knowledge and learning mentors training .And finally it introduc es the applications of BP neural network in performance prediction.Application;Vapnik-Chervonenkis Mimension;Data Mining1.绪1.1 神经网络的提出与发展系统的复杂性与所要求的精确性之间存在尖锐的矛盾。
人工神经网络综述【范本模板】

人工神经网络综述摘要:人工神经网络是属于人工智能的一个组成部分,它的提出是基于现代神经科学的相关研究,并且在诸多领域得到了广泛的应用,为人工智能化的发展提供了强大的动力.首先论述了人工神经网络的发展历程,并介绍了几种常见的模型及应用现状,最后总结了当前存在的问题及发展方向。
关键词:神经网络、分类、应用0引言多年以来,科学家们不断从医学、生物学、生理学、哲学、信息学、计算机科学、认知学、组织协同学等各个角度探索人脑工作的秘密,希望能制作模拟人脑的人工神经元.特别是近二十年来. 对大脑有关的感觉器官的仿生做了不少工作,人脑含有数亿个神经元,并以特殊的复杂形式组成在一起,它能够在计算某些问题(如难以用数学描述或非确定性问题等)时,比目前最快的计算机还要快许多倍。
大脑的信号传导速度要比电子元件的信号传导要慢百万倍,然而,大脑的信息处理速度比电子元件的处理速度快许多倍,因此科学家推测大脑的信息处理方式和思维方式是非常复杂的,是一个复杂并行信息处理系统.在研究过程中,近年来逐渐形成了一个新兴的多学科交叉技术领域,称之为“人工神经网络”。
神经网络的研究涉及众多学科领域,这些领域互相结合、相互渗透并相互推动.1 人工神经网络概述1.1 人工神经网络的发展人工神经网络是20世纪80年代以来人工智能领域中兴起的研究热点,因其具有独特的结构和处理信息的方法,使其在许多实际应用中取得了显著成效。
1。
1。
1 人工神经网络发展初期1943年美国科学家家Pitts和MeCulloch从人脑信息处理观点出发,采用数理模型的方法研究了脑细胞的动作和结构及其生物神经元的一些基本生理特性,他们提出了第一个神经计算模型,即神经元的阈值元件模型,简称MP 模型,这是人类最早对于人脑功能的模仿。
他们主要贡献在于结点的并行计算能力很强,为计算神经行为的某此方面提供了可能性,从而开创了神经网络的研究.1958年Frank Rosenblatt提出了感知模型(Pereeptron),用来进行分类,并首次把神经网络的研究付诸于工程实践。
神经网络控制基础人工神经网络课件ppt课件

其他工业领域应用案例
电力系统
神经网络控制可以应用于电力系统的负荷预测、故障诊断和稳定性 分析等方面,提高电力系统的运行效率和安全性。
化工过程控制
神经网络控制可以对化工过程中的各种参数进行实时监测和调整, 确保生产过程的稳定性和产品质量。
航空航天
神经网络控制在航空航天领域的应用包括飞行器的姿态控制、导航控 制和故障诊断等,提高飞行器的安全性和性能。
05 神经网络控制性能评估与优化
性能评估指标及方法
均方误差(MSE)
衡量神经网络输出与真实值之间的误差,值越小表示性能越好。
准确率(Accuracy)
分类问题中正确分类的样本占总样本的比例,值越高表示性能越好。
交叉验证(Cross-Validation)
将数据集分成多份,轮流作为测试集和训练集来评估模型性能。
强化学习在神经网络控制中应用
强化学习原理
通过与环境进行交互并根据反馈信号进行学习的方法,使神经网络能够自主学习 到最优控制策略。
强化学习算法
包括Q-learning、策略梯度等算法,用于求解神经网络控制中的优化问题,实现 自适应控制。
04 神经网络控制系统设计与实现
系统需求分析
功能性需求
明确系统需要实现的功能,如 数据输入、处理、输出等。
非监督学习
无需已知输出数据,通过挖掘输入数 据中的内在结构和特征进行学习,常 用于聚类、降维等任务。
深度学习在神经网络控制中应用
深度学习模型
通过构建深层神经网络模型,实现对复杂非线性系统的建模与控制,提高控制 精度和性能。
深度学习优化算法
采用梯度下降等优化算法对深度学习模型进行训练,提高训练效率和模型泛化 能力。
神经网络与人工神经网络控制综述

神经网络与人工神经网络控制综述摘要:本文阐述了人工神经网络和神经网络控制的基本概念、特点以及两者之间的关系,着重介绍了人工神经网络的工作原理和神经网络控制技术的应用,并对该技术的发展趋势做出了预测。
关键词:神经元;人工神经网络;神经网络控制;应用Abstract:It expounds the basic concepts, characteristics of the artificial neural network and neural network control and the relationship between them, and the basic principle of artificial neural networks and applications of neural network control technology are emphatically introduced, then the development trend of the technology has been forecasted.Keyword: Nerve Cell; Artificial Neural Networks; Neural Network Control; Application 1 人工神经网络与神经网络控制的基本概念和特点人工神经网络是由大量处理单元互联组成的非线性、自适应信息处理系统。
它是在现代神经科学研究成果的基础上提出的,试图通过模拟大脑神经网络处理、记忆信息的方式进行信息处理。
基于人工神经网络的控制(ANN—based Control)简称神经网络控制(Neural Control)。
[1]1.1人工神经网络1.1.1 生物神经元模型自20世纪40年代,随着神经解剖学、神经生理学以及神经元的电生理过程等的研究取得突破性进展,人们对人脑的结构、组成及最基本工作单元有了越来越充分的认识。
人工智能控制系统中神经网络控制技术研究

人工智能控制系统中神经网络控制技术研究随着人工智能技术的不断发展,人工智能控制系统已经成为现代工业中的重要组成部分。
其中,神经网络控制技术作为一种广泛应用的方法,正在引起越来越多的研究和关注。
本文将探讨人工智能控制系统中神经网络控制技术的研究进展、应用以及未来的发展方向。
神经网络是一种模仿人脑神经系统的计算模型,通过大量相互连接的简单处理单元(神经元)构建而成。
神经网络控制技术是利用神经网络模型来实现控制系统的建模、识别和控制等任务。
在人工智能控制系统中,神经网络控制技术可以取代传统的PID控制器,提供更加灵活、自适应的控制能力。
一方面,神经网络控制技术可以实现非线性控制。
传统的PID控制器主要适用于线性系统,但在实际工程中,很多系统存在非线性因素。
神经网络控制技术通过其非线性映射能力,能够对非线性系统进行建模和控制,提高控制精度和稳定性。
例如,在机器人控制系统中,神经网络控制技术可以应对复杂的动力学和环境变化,使机器人实现精准的运动控制。
另一方面,神经网络控制技术具有学习和适应能力。
在传统控制系统中,控制规则需由设计者手动编写,且无法自动适应环境变化。
而神经网络控制技术通过学习样本数据,可以自动调整权值和参数,实现对系统的自适应控制。
这一特点使得神经网络控制技术在模糊控制、自适应控制和鲁棒控制等领域具有广泛的应用前景。
在人工智能控制系统中,神经网络控制技术已经得到了广泛的应用。
在制造业中,神经网络控制技术可以用于故障检测和预测维护,帮助企业提高生产效率和产品质量。
在交通运输领域,神经网络控制技术可以应用于交通信号灯控制,通过学习交通流量和车辆信息,实现智能交通管理,缓解交通拥堵问题。
在智能家居领域,神经网络控制技术可以应用于智能家电和安防系统,实现智能化控制和安全监控。
然而,目前的神经网络控制技术还存在一些挑战和局限性。
首先,神经网络的训练需要大量的样本数据,且在实际场景中收集和标注样本数据较为困难。
人工神经网络综述论文

人工神经网络的最新发展综述摘要:人工神经网络是指模拟人脑神经系统的结构和功能,运用大量的处理部件,由人工方式建立起来的网络系统。
该文首先介绍了神经网络研究动向,然后介绍了近年来几种新型神经网络的基本模型及典型应用,包括模糊神经网络、神经网络与遗传算法的结合、进化神经网络、混沌神经网络和神经网络与小波分析的结合。
最后,根据这几种新型神经网络的特点,展望了它们今后的发展前景。
关键词:模糊神经网络;神经网络与遗传算法的结合;进化神经网络;混沌神经网络;神经网络与小波分析。
The review of the latest developments in artificial neuralnetworksAbstract:Artificial neural network is the system that simulates the human brain’s structure and function, and uses a large number of processing elements, and is manually established by the network system. This paper firstly introduces the research trends of the neural network, and then introduces several new basic models of neural networks and typical applications in recent years, including of fuzzy neural network, the combine of neural network and genetic algorithm, evolutionary neural networks, chaotic neural networks and the combine of neural networks and wavelet analysis. Finally, their future prospects are predicted based on the characteristics of these new neural networks in the paper.Key words: Fuzzy neural network; Neural network and genetic algorithm; Evolutionary neural networks; Chaotic neural networks; Neural networks and wavelet analysis1 引言人工神经网络的研究始于20世纪40年代初。
神经网络综述

神经网络综述宁波工程学院Ningbo University of Technology摘要:神经网络可以指向两种,一个是生物神经网络,一个是人工神经网络。
生物神经网络:一般指生物的大脑神经元,细胞,触点等组成的网络,用于产生生物的意识,帮助生物进行思考和行动。
人工神经网络:是一种应用类似于大脑神经突触联接的结构进行信息处理的数学模型。
在工程与学术界也常直接简称为“神经网络”或类神经网络。
Neural network can point the two, the one is biological neural network,the other one is artificial neural network.Biological neural networkis a kind likes Structure of synaptic connection of brain that can do the mathematical model of information processing .Biological neural networkis is uesd to produce biological consciousness, help to think and act.Artificial neural network is an abstraction and simulation of the basic characteristics of the human brain; and also it is a kind of imitating the behavior characteristics of Animal neural networks for distributed parallel algorithm which is for mathematical model of information processing.人的大脑和计算机技术一直是科技前沿的研究方向,自从神经网络的出现,两个不相干的领域慢慢地结合在一起。
神经网络控制完整版

神经网络控制HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】人工神经网络控制摘要: 神经网络控制,即基于神经网络控制或简称神经控制,是指在控制系统中采用神经网络这一工具对难以精确描述的复杂的非线性对象进行建模,或充当控制器,或优化计算,或进行推理,或故障诊断等,亦即同时兼有上述某些功能的适应组合,将这样的系统统称为神经网络的控制系统。
本文从人工神经网络,以及控制理论如何与神经网络相结合,详细的论述了神经网络控制的应用以及发展。
关键词: 神经网络控制;控制系统;人工神经网络人工神经网络的发展过程神经网络控制是20世纪80年代末期发展起来的自动控制领域的前沿学科之一。
它是智能控制的一个新的分支,为解决复杂的非线性、不确定、不确知系统的控制问题开辟了新途径。
是(人工)神经网络理论与控制理论相结合的产物,是发展中的学科。
它汇集了包括数学、生物学、神经生理学、脑科学、遗传学、人工智能、计算机科学、自动控制等学科的理论、技术、方法及研究成果。
在控制领域,将具有学习能力的控制系统称为学习控制系统,属于智能控制系统。
神经控制是有学习能力的,属于学习控制,是智能控制的一个分支。
神经控制发展至今,虽仅有十余年的历史,已有了多种控制结构。
如神经预测控制、神经逆系统控制等。
生物神经元模型神经元是大脑处理信息的基本单元,人脑大约含1012个神经元,分成约1000种类型,每个神经元大约与 102~104个其他神经元相连接,形成极为错综复杂而又灵活多变的神经网络。
每个神经元虽然都十分简单,但是如此大量的神经元之间、如此复杂的连接却可以演化出丰富多彩的行为方式,同时,如此大量的神经元与外部感受器之间的多种多样的连接方式也蕴含了变化莫测的反应方式。
图1生物神经元传递信息的过程为多输入、单输出,神经元各组成部分的功能来看,信息的处理与传递主要发生在突触附近,当神经元细胞体通过轴突传到突触前膜的脉冲幅度达到一定强度,即超过其阈值电位后,突触前膜将向突触间隙释放神经传递的化学物质,突触有两种类型,兴奋性突触和抑制性突触。
人工神经网络综述

起来,从而形成一个新的网络。与其他神经网络相比,它能够 直接使用图像的像素进行模式识别,有效降低了传统识别算法 中复杂的特征提取计算过程。与此同时,卷积神经网络对图像 的平移、缩放和旋转具有较好的鲁棒性。
2.2 递归人工神经网络模型 递归网络(Recurrent Neural Network,RNN)中由于存在输 出变量到输入端的反馈,因而其变量中包含时间延时网络,是 真正的动态网络系统[2]。递归网络与静态神经网络比较,递归 网络不需要预先假定系统的阶次,为动态系统的辨识与控制开 辟了一个极有前途的领域。动态递归神经网络因其固有的反馈 结构,一般只需单层的网络就可以较好的表达一个复杂的动态 系统,逼近系统的动态过程。
引言 自计算机产生以来,计算机的计算能力已经远远超过人类
的能力。例如,一台计算机可以在一秒钟内完成数十亿次的加 减运算,但在许多未定义、未分类的人类高级活动中,计算机 并不能发挥有效的辅助作用。于是“人工智能”的概念就出现 了,麻省理工学院教授温斯顿曾说过:“人工智能就是研究如 何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作。”人工智能主 要包括自然语言处理、智能搜索、推理、规划、机器学习、神 经网络等等一系列的方向,是目前计算机科学家们不断追求的 目标,其中神经网络更是重中之重。
1 关于人工神经网络 1.1 人工神经网络的构造 1943年著名学者McCulloch和Pitts提出了一种M-P模型,它
是模拟人体生物学上的神经细胞的数学研究。这一个模型的出 现标志这人工神经网络的诞生。随着BP算法、SVM算法的提出 人工神经网络发展迅速。
目前的人工神经网络大致可以分为三个层次[1],输入层, 隐藏层,输出层。接收外部信息与数据的为输入层,隐藏层是 负责对信息进行处理,不断调整神经元之间的连接属性,如权 值、反馈等;输出层负责对计算的结果进行输出。其中,权值 反映了单元间的连接强度;反馈反映了单元间的正负相关性,在 单元间的连接关系中,通过这些信息反映出信息的处理过程。 由于对整体结果的未知,在隐藏层的权值和反馈需要不断地调 整,最终达到最好的拟合的结果。
人工神经网络综述

人工神经网络综述引言人工神经网络(Artificial Neural Network,简称ANN)可以概括的定义为:由大量简单的高度互连的处理元素(神经元)所组成的复杂网络计算系统。
它是在现代神经科学研究成果基础上提出的,反映了人脑功能的若干基本特征,是模拟人工智能的一条重要途径。
最普通形式的神经网络就是对人脑完成特定任务或感兴趣功能的方法进行建模的机器。
人工神经网络既可以用硬件实现,也可以用软件实现;既可以看做一种计算模式,也可以看做一种认知模式。
因此,从某种意义上说,人工神经网络、并行分布处理(Parallel Distributed Processing,简称PDP)、神经计算机是同一概念。
神经网络在两个方面与人脑相似:①神经网络获取的知识是从外界环境中学习得来的;②互连神经元的连接强度,即突触权值,用于存储获取的知识。
1神经网络基础知识1.1神经元模型神经元是神经网络的基本处理单元,它是人工神经网络的设计基础。
人工神经网络是模拟或学习生物神经网络(Biological Neural Network,BNN)信息处理功能的信息处理模型。
因此,要了解人工神经元模型首先必须了解生物神经元模型。
1.1.1生物神经元的结构生物神经元是大脑的基本单元。
虽然存在多种生物神经元,但其基本结构是相似的,即一个生物神经元由一个细胞体、大量的树突和轴突构成。
细胞体相当于一个初等处理器,由细胞核、细胞质和细胞膜等组成。
树突也称枝晶,为细胞体向外伸出的许多树状分枝,它相当于细胞的输入端,接受来自四面八方的传入神经冲动、兴奋或抑制信号。
轴突即神经纤维,是由细胞体向外伸出的最长的一条分枝。
轴突相当于细胞的输出电缆,其端部有许多神经末梢作为信号输出端子,用于传出神经冲动、兴奋或抑制信号。
神经元之间通过轴突(输出)与树突(输入)相互连接,其接合部称为突触,即神经冲动通过突触从一个神经元传递到另一个神经元。
它决定了神经元之间的联接强度和性质(兴奋或抑制)。
人脑神经网络结构研究综述

人脑神经网络结构研究综述引言:人脑是自然界最为复杂的生物智慧体之一,其神经网络结构的研究一直是神经科学领域的重要课题。
人类对于理解人脑的运作原理以及开发人工智能系统具有重要意义。
本文将对人脑神经网络结构的研究进行综述,讨论相关研究的进展以及取得的成果。
一、神经元:人脑神经网络的基本构成单位神经元是神经系统的基本构成单位,在人类大脑中以数以亿计的数量密集分布。
神经元通过轴突和树突之间形成的神经连接(突触)进行信息传递和交流。
根据功能不同,神经元可分为感觉神经元、运动神经元和连合神经元等。
二、人脑神经网络的分层结构人脑神经网络的结构分为多个层次,每个层次由特定类型的神经元构成特定的神经回路。
这些层次包括大脑皮层、白质纤维束、脑区连接等。
大脑皮层是人脑最上层的结构,负责高级认知功能,包括感知、运动、语言和决策等。
白质纤维束则连接不同脑区,形成信息传递的管道。
三、大脑皮层的神经网络结构大脑皮层是人脑最为复杂的结构之一,其神经网络可由多个功能区域组成,每个功能区域负责不同的认知功能。
这些功能区域之间通过神经纤维捆绑在一起,形成复杂的神经回路。
研究表明,大脑皮层的组织方式可分为柱状结构和列状结构。
四、脑区连接的研究与进展脑区连接研究是人脑神经网络结构研究的重要方向之一。
通过分析人脑不同脑区之间的连接情况,可以揭示大脑在不同认知任务中的信息流动方式。
常用的脑成像技术,如功能性磁共振成像(fMRI)和脑电图(EEG)等,为研究人脑神经网络的脑区连接提供了重要工具。
五、人脑神经网络模型研究人脑神经网络模型是对人脑神经网络结构进行数学建模和仿真的研究。
目前,一些研究人员尝试使用深度学习模型来模拟人脑的神经网络,如卷积神经网络(CNN)和循环神经网络(RNN)等。
这些模型在视觉、语音和自然语言处理等任务中取得了显著的成果。
六、人工智能与人脑神经网络的关联人脑神经网络的研究对于人工智能的发展具有重要意义。
通过深入研究人脑神经网络结构,我们可以更好地理解人类智慧的本质,并借鉴其结构和功能来改进人工智能系统。
神经网络控制3篇

神经网络控制第一篇:神经网络控制概述神经网络控制是一种基于人工智能技术的控制手段,其核心在于搭建一个具有学习、自适应、优化能力的神经网络模型,并将其作为控制器来实现对控制系统的控制。
与传统的控制方法相比,神经网络控制具有以下优势:1. 在任务未知或难以建立精确的数学模型的情况下,神经网络控制也可以实现对控制系统的控制。
2. 可以自适应地调整神经网络模型的参数和结构,以适应控制系统的非线性、时变、不确定等特点。
3. 神经网络控制可以通过学习获取控制规律,避免了传统控制方法需要手动设计控制策略的繁琐过程。
常见的神经网络控制方法包括前向神经网络、反向传播神经网络、自适应神经网络、模糊神经网络等。
这些方法均基于不同类型的神经网络模型,可根据实际控制需求和系统特点进行选择。
总的来说,神经网络控制作为一种新兴的控制手段,在工业自动化、航空航天、机器人技术等领域具有广泛应用前景,值得进一步研究和推广。
第二篇:神经网络控制应用案例神经网络控制已经在多个领域得到了应用,以下重点介绍几个典型案例。
1. 飞行控制系统神经网络控制被广泛应用于飞行控制系统中,用于解决飞行器对大气、地形、升力等复杂环境的感知和响应问题。
通过神经网络的学习和优化,可以实现飞行器自适应控制,提高飞行器的稳定性和精度。
2. 工业自动化领域在工业自动化领域,神经网络控制可以用于匹配控制、运动控制、负载估算等多个方面。
通过神经网络的自适应学习能力,可以实现对不稳定工况的精确控制,提高生产效率和质量,减少能源消耗和环境污染。
3. 智能家居和物联网领域神经网络控制也可以应用于智能家居和物联网领域,通过神经网络对各类传感器数据的学习和处理,实现对家庭设备的智能化控制和管理,提高生活质量和便捷性。
第三篇:神经网络控制发展趋势随着人工智能技术的不断发展,神经网络控制也在不断演进和完善,其发展趋势主要有以下几个方面:1. 模型优化未来的神经网络控制将更关注模型的优化和简化,以提高计算效率和控制精度。
人工神经网络文献综述.复习进程

WIND一、人工神经网络理论概述 (一人工神经网络基本原理神经网络 (Artificialneuralnet work , ANN 是由大量的简单神经元组成的非线性系统,每个神经元的结构和功能都比较简单,而大量神经元组合产生的系统行为却非常复杂。
人工神经元以不同的方式,通过改变连接方式、神经元的数量和层数,组成不同的人工神经网络模型 (神经网络模型。
人工神经元模型的基本结构如图 1所示。
图中X=(x 1, x 2, … x nT∈ R n表示神经元的输入信号 (也是其他神经元的输出信号 ; w ij 表示神经元 i 和神经元 j 之间的连接强度,或称之为权值; θj 为神经元 j 的阀值 (即输入信号强度必须达到的最小值才能产生输出响应 ; y i 是神经元 i 的输出。
其表达式为 y i =f(nj =iΣw ij x j+θi式中, f (·为传递函数 (或称激活函数 ,表示神经元的输入 -输出关系。
图 1(二人工神经网络的发展人工神经网络 (ArtificialNeuralNetwork 是一门崭新的信息处理科学,是用来模拟人脑结构和智能的一个前沿研究领域,因其具有独特的结构和处理信息的方法,使其在许多实际应用中取得了显著成效。
人工神经网络系统理论的发展历史是不平衡的,自 1943年心理学家 McCulloch 与数学家 Pitts 提出神经元生物学模型 (简称MP-模型以来,至今已有 50多年的历史了。
在这 50多年的历史中,它的发展大体上可分为以下几个阶段。
60年代末至 70年代,人工神经网络系统理论的发展处于一个低潮时期。
造成这一情况的原因是人工神经网络系统理论的发展出现了本质上的困难,即电子线路交叉极限的困难。
这在当时条件下,对神经元的数量 n 的大小受到极大的限制,因此它不可能去完成高度智能化的计算任务。
80年代中期人工神经网络得到了飞速的发展。
这一时期,多种模型、算法与应用问题被提出,主要进展如:Boltzmann 机理论的研究, 细胞网络的提出,性能指标的分析等。
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神经网络与人工神经网络控制综述摘要:本文阐述了人工神经网络和神经网络控制的基本概念、特点以及两者之间的关系,着重介绍了人工神经网络的工作原理和神经网络控制技术的应用,并对该技术的发展趋势做出了预测。
关键词:神经元;人工神经网络;神经网络控制;应用Abstract:It expounds the basic concepts, characteristics of the artificial neural network and neural network control and the relationship between them, and the basic principle of artificial neural networks and applications of neural network control technology are emphatically introduced, then the development trend of the technology has been forecasted.Keyword: Nerve Cell; Artificial Neural Networks; Neural Network Control; Application 1 人工神经网络与神经网络控制的基本概念和特点人工神经网络是由大量处理单元互联组成的非线性、自适应信息处理系统。
它是在现代神经科学研究成果的基础上提出的,试图通过模拟大脑神经网络处理、记忆信息的方式进行信息处理。
基于人工神经网络的控制(ANN—based Control)简称神经网络控制(Neural Control)。
[1]1.1人工神经网络1.1.1 生物神经元模型自20世纪40年代,随着神经解剖学、神经生理学以及神经元的电生理过程等的研究取得突破性进展,人们对人脑的结构、组成及最基本工作单元有了越来越充分的认识。
人脑大约包含1012个神经元,分成约1000 种类型,每个神经元大约与102~104个其他神经元相连接,形成极为错综复杂而又灵活多变的神经网络。
每个神经元虽然都十分简单,但是如此大量的神经元之间、如此复杂的连接却可以演化出丰富多彩的行为方式。
同时,如此大量的神经元与外部感受器之间的多种多样的连接方式也蕴含了变化莫测的反应方式。
一个神经元结构的模型示意图如图一所示。
图一神经元结构的模型示意图由图一看出,神经元由胞体、树突和轴突构成。
胞体是神经元的代谢中心,它本身又由细胞核、内质网和高尔基体组成。
内质网是合成膜和蛋白质的基础,高尔基体主要作用是加工合成物及分泌糖类物质,胞体一般生长有许多树状突起,称为树突,它是神经元的主要接受器。
胞体还延伸出一条管状纤维组织,称为轴突。
轴突外面可能包有一层厚的绝缘组织,称为髓鞘(梅林鞘),髋鞘规则地分为许多短段,段与段之间的部位称为郎飞节(Ranvier节)。
轴突的作用主要是传导信息,传导的方向是由轴突的起点传向末端。
通常,轴突的末端分出许多末梢,它们同后一个神经元的树突构成一种称为突触的机构。
其中,前一个神经元的轴突末梢称为突触的前膜,后一个神经元的树突称为突触的后膜;前膜和后膜两者之间的窄缝空间称为突触的间隙,前一个神经元的信息由其轴突传到末梢之后,通过突触对后面各个神经元产生影响。
[2~4]神经元作为控制和信息处理的基本单元,具有下列一些重要的功能和特性:1)空间整合功能:神经元对于同一时间通过不同突触传入的神经冲动具有空间整合功能,两种功能相互结合,具有时空整合的输入信息处理功能。
2)兴奋与抑制状态:神经元具有两种常规工作状态。
兴奋:当传入冲动的时空整合结果使得细胞膜电位升高,并超过被称为动作电位的阀值时,细胞进入兴奋状态,产生神经冲动,由轴突输出,用“1”表示。
抑制:当输入没有达到阀值时,细胞进入抑制状态,无神经冲动输出,用“0"表示。
3)学习、遗忘和疲劳:由于结构可塑性,突触的传递作用有增强,减弱和饱和,所以细胞具有相应的学习功能,遗忘或疲劳效应(饱和效应)。
以上的这些特性是神经元功能中比较突出的一部分,也是本论文的模型中主要涉及的功能。
我们可以发现,神经元并不是简单的双稳态逻辑元件,而是超级的微型生物信息处理机和控制机。
[5]1.1.2 人工神经元模型人工神经元是对生物神经元的一种模拟与简化,它是神经网络的基本处理单元。
图二所示为一种简化的人工神经元结构。
它是一个多输入、单输出的非线性元件。
图二 人工神经元结构其输入、输出关系为:1ni ij j i j I w x θ-==∑ ()i i y f I =其中,(1,2,3,j x j =…,n)是从其他神经元传来的输入信号;ij w 表示从神经元j 到神经元i 的连接权值;i θ为阈值;f (•)称为激发函数或作用函数。
方便起见,常把-i θ也看成是恒等于1 的输0x 的权值,因此上式可写成:0ni ij j j I w x ==∑ 其中:0i i w θ=-,01x =。
输出激发函数 f (•)又称为变换函数,它决定神经元(节点)的输出。
该输出为1 或0,取决于其输入之和大于或小于内部阈值i θ。
f (•)函数一般具有非线性特性。
[6~7]1.1.3 人工神经网络模型人工神经网络是以工程技术手段来模拟人脑神经网络的结构与特征的系统。
利用人工神经元可以构成各种不同拓扑结构的神经网络,它是生物神经网络的一种模拟和近似。
目前已有数十种不同的神经网络模型,其中前馈型网络和反馈型网络是两种典型的结构模型。
1)前馈型神经网络前馈型神经网络,又称前向网络(Feed forward NN )。
如图三所示,神经元分层排列,有输入层、隐层(亦称中间层,可有若干层)和输出层,每一层的神经元只接受前一层神经元的输入。
图三 前馈型神经网络从学习的观点来看,前馈网络是一种强有力的学习系统,其结构简单而易于编程;从系统的观点看,前馈网络是一静态非线性映射,通过简单非线性处理单元的复合映射,可获得复杂的非线性处理能力。
但从计算的观点看,缺乏丰富的动力学行为。
大部分前馈网络都是学习网络,它们的分类能力和模式识别能力一般都强于反馈网络,典型的前馈网络有感知器网络、BP 网络等。
2)反馈型神经网络反馈型神经网络(Feedback NN)的结构如图四所示。
如果总节点(神经元)数为N,那么每个节点有N个输入和一个输出,所有节点都是一样的,它们之间都可相互连接。
图四反馈型神经网络反馈神经网络是一种反馈动力学系统,它需要工作一段时间才能达到稳定。
Hopfield 神经网络是反馈网络中最简单且应用广泛的模型,它具有联想记忆的功能,如果将Lyapunov 函数定义为寻优函数,Hopfie1d 神经网络还可以用来解决快速寻优问题。
在此基本认识的基础上,综合数学、物理学以及信息处理等学科的方法对人脑神经网络进行抽象,并建立简化的模型,称为人工神经网络ANN(Artificial Neural Network)。
目前,关于人工神经网络的定义尚不统一,按美国神经网络学家Hecht Nielsen的观点,神经网络的定义是:“神经网络是由多个非常简单的处理单元彼此按某种方式相互连接而形成的计算机系统,该系统靠其状态对外部输入信息的动态响应来处理信息的”。
综合神经网络的来源、特点和各种解释,它可简单地表述为:人工神经网络是一种旨在模仿人脑结构及其功能的信息处理系统。
[8]1.2.4 人工神经网络的特点1)非线性非线性关系是自然界的普遍特性。
大脑的智慧就是一种非线性现象。
人工神经元处于激活或抑制二种不同的状态,这种行为在数学上表现为一种非线性人工神经网络关系。
具有阈值的神经元构成的网络具有更好的性能,可以提高容错性和存储容量。
2)非局限性一个神经网络通常由多个神经元广泛连接而成。
一个系统的整体行为不仅取决于单个神经元的特征,而且可能主要由单元之间的相互作用、相互连接所决定。
通过单元之间的大量连接模拟大脑的非局限性。
联想记忆是非局限性的典型例子。
3)非常定性人工神经网络具有自适应、自组织、自学习能力。
神经网络不但处理的信息可以有各种变化,而且在处理信息的同时,非线性动力系统本身也在不断变化。
经常采用迭代过程描写动力系统的演化过程。
4)非凸性一个系统的演化方向,在一定条件下将取决于某个特定的状态函数。
例如能量函数,它的极值相应于系统比较稳定的状态。
非凸性是指这种函数有多个极值,故系统具有多个较稳定的平衡态,这将导致系统演化的多样性。
[9]1.2.5 人工神经网络的分类人工神经网络除了按联接方式分为前馈(前向)型与反馈型以外,还有其他的分类方式。
按性能分为连续型与离散型。
按逼近特性分为全局逼近型与局部逼近型。
按学习方式分为有导师的学习(监督学习)与无导师的学习(无监督学习)。
再励学习(强化学习)它们都是模拟人适应环境的学习过程的一种机器学习模型,因此,具有学习能力的系统,称:学习系统(学习机)。
按工作方式分为同步与异步。
[10]1.2.6 人工神经网络的优点神经网络控制具有以下优点:1)能够充分逼近任意复杂的非线性系统;2)能够学习和适应严重不确定系统的动态特性;3)由于大量神经元之间广泛连接,即使少量神经元或连接损坏,也不影响系统的整体功能,表现出很强的鲁棒性和容错性;4)采用并行分布处理方法,使得快速进行大量运算成为可能。
这些特点显示了神经网络在解决高度非线性和严重不确定性系统的控制方面具有很大潜力。
人工神经网络中,神经元处理单元可表示不同的对象,例如特征、字母、概念,或者一些有意义的抽象模式。
网络中处理单元的类型分为三类:输入单元、输出单元和隐单元。
输入单元接受外部世界的信号与数据;输出单元实现系统处理结果的输出;隐单元是处在输入和输出单元之间,不能由人工神经网络由系统外部观察的单元。
神经元间的连接权值反映了单元间的连接强度,信息的表示和处理体现在网络处理单元的连接关系中。
人工神经网络是一种非程序化、适应性、大脑风格的信息处理,其本质是通过网络的变换和动力学行为得到一种并行分布式的信息处理功能,并在不同程度和层次上模仿人脑神经系统的信息处理功能。
[11~12]神经网络具有很强的自适应性和学习能力、非线性映射能力、鲁棒性和容错能力。
充分地将这些神经网络特性应用于控制领域,可使控制系统的智能化向前迈进一大步。
随着被控系统越来越复杂,人们对控制系统的要求越来越高,特别是要求控制系统能适应不确定性、时变的对象与环境。
传统的基于精确模型的控制方法难以适应要求,现在关于控制的概念也已更加广泛,它要求包括一些决策、规划以及学习功能。
1.2 神经网络控制许多难确定的非线性系统对控制精度的要求很高,需要新的控制系统具有自适应的能力、良好的鲁棒性和实时性、计算简单、柔性结构和自组织并行离散分布处理等智能信息处理的能力。