matlab_人工神经网络（教学课件）.ppt

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1、人工神经网络(ArtificialNeuralNetworks-----ANN)目录2、人工神经网络3、BP神经网络4、BP神经网络在实例中的应用1、引例1、引例1981年生物学家格若根（W．Grogan）和维什（W．Wirth）发现了两类蚊子(或飞蠓midges)．他们测量了这两类蚊子每个个体的翼长和触角长，数据如下：翼长触角长类别1.641.38Af1.821.38Af1.901.38Af1.701.40Af1.821.48Af1.821.54Af2.081.56Af翼长触角长类别1.781.14Apf1.961.

2、18Apf1.861.20Apf1.721.24Af2.001.26Apf2.001.28Apf1.961.30Apf1.741.36Af问：如果抓到三只新的蚊子，它们的触角长和翼长分别为(l.24,1.80);(l.28，1.84)；（1.40，2.04）．问它们应分别属于哪一个种类？解法一：把翼长作纵坐标，触角长作横坐标；那么每个蚊子的翼长和触角决定了坐标平面的一个点.其中6个蚊子属于APf类；用黑点“·”表示；9个蚊子属Af类；用小圆圈“。”表示．得到的结果见图1图1飞蠓的触角长和翼长思路：作一直线将两类飞蠓分开例

3、如；取A＝（1.44，2.10）和B＝(1.10，1.16)，过AB两点作一条直线：y＝1.47x-0.017，其中X表示触角长；y表示翼长．分类规则：设一个蚊子的数据为（x,y）,如果y≥1.47x-0.017，则判断蚊子属Apf类；如果y＜1.47x-0.017；则判断蚊子属Af类．分类结果：(1.24，1.80)，(1.28，1.84)属于Af类；(1.40，2.04）属于Apf类．图2分类直线图•缺陷：根据什么原则确定分类直线？若取A=(1.46,2.10),B=(1.1,1.6)不变，则分类直线变为y=1.39

4、x+0.071分类结果变为：(1.24,1.80)，(1.40,2.04)属于Apf类；(1.28,1.84)属于Af类哪一分类直线才是正确的呢？因此如何来确定这个判别直线是一个值得研究的问题．一般地讲，应该充分利用已知的数据信息来确定判别直线．再如，如下的情形已经不能用分类直线的办法：新思路：将问题看作一个系统，飞蠓的数据作为输入，飞蠓的类型作为输出，研究输入与输出的关系。2、人工神经网络人工神经网络是由大量的、简单的处理单元（称为神经元）广泛地相互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

5、杂的非线性动力学系统。2.1人工神经网络概述2.2神经网络的研究内容（1）生物原型研究：研究神经细胞、神经网络、神经系统的生物原型结构及其功能机理。（2）建立理论模型：根据生物圆形的研究，建立神经元、神经网络的理论模型，其中包括概念模型、知识模型、物理化学模型、数学模型等。（3）网络模型与算法研究：在理论模型研究的基础上构成具体的神经网络模型，以实现计算机模拟或准备制作硬件，包括网络学习算法的研究。（4）神经网络应用系统：在网络模型与算法研究的基础上，利用神经网络组成实际的应用系统。2.3神经网络的应用神经网络理论特别是

6、在人工智能、自动控制、计算机科学、信息处理、机器人、模式识别、等方面都有重大的应用实例。下面列出一些主要应用领域：（1）模式识别和图像处理。印刷体和手写字符识别、语音识别、指纹识别、人体病理分析、目标检测与识别、图像压缩和图像复制等。（2）控制和优化。机器人运动控制、半导体生产过程控制、石油精炼优化控制、超大规模集成电路布线设计等。（3）预报和智能信息管理。股票市场预测、地震预报、借贷风险分析、IC卡管理和交通管理。（4）通信。自适应均衡、回波抵消、路由选择和ATM网络中的呼叫接纳识别和控制。（5）空间科学。空间交汇对接

7、控制、导航信息智能管理、飞行器制导和飞行程序优化管理等。2.4神经元与神经网络结构大脑可视作为1000多亿神经元组成的神经网络图1神经元的解剖图神经元的信息传递和处理是一种电化学活动。树突由于电化学作用接受外界的刺激；通过胞体内的活动体现为轴突电位，当轴突电位达到一定的值则形成神经脉冲或动作电位；再通过轴突末梢传递给其它的神经元．从控制论的观点来看；这一过程可以看作一个多输入单输出非线性系统的动态过程2.5神经网络基本模型归纳一下生物神经元传递信息的过程：生物神经元是一个多输入、单输出单元。常用的人工神经元模型可用图2模

8、拟。图2人工神经元（感知器）示意图当神经元j有多个输入(i=1，2,…,m)和单个输出时，输入和输出的关系可表示为:其中为阈值，为从神经元i到神经元j的连接权重因子，f()为传递函数，或称激励函数。例如，若记取激发函数为符号函数则S型激发函数：2.6神经网络分类神经网络有分层网络、层内连接的分层网络、反馈连接的分层网