神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢精選(九篇)

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第1篇：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢范文

關(guān)鍵詞：圖像識(shí)別；不變矩特征值；L-M算法；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TP183 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）19-0001-03

引言

隨著圖像識(shí)別技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用于圖像識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域的算法也在不斷優(yōu)化升級，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法作為一種高度非線性的智能自適應(yīng)算法，在圖像識(shí)別領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)圖像識(shí)別的主要特點(diǎn)是構(gòu)建分類器，將預(yù)處理后圖像樣本中提取出來的特征量輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過自學(xué)習(xí)和自組織，不斷地訓(xùn)練，最終達(dá)到能夠穩(wěn)定正確識(shí)別圖像的狀態(tài)。[1]本文識(shí)別車牌號(hào)為例，對基于L-M算法及不變矩特征值優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)。

1 圖像預(yù)處理

1.1 傾斜校正及灰度處理

實(shí)際圖像實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)得到的圖像質(zhì)量參差不齊，本文采用方差公式推導(dǎo)法進(jìn)行圖像校正。該方法基于正置圖像的投影圖像邊緣點(diǎn)的方差最小的原則來確定傾斜角度，具有較好的校正效果[2]。通常灰度處理方法有平均值法，最大值法和加權(quán)平均值法。平均值法和最大值法一定程度上淡化了圖像中目標(biāo)物與背景分界，對后續(xù)邊緣檢測會(huì)產(chǎn)生影響，本文選用加權(quán)平均值法，通過最優(yōu)權(quán)值的選擇，能夠獲得較好的處理效果。計(jì)算公式為：

式中，WR=0.59，WG=0.30，WB=0.11，此權(quán)值設(shè)置能獲得最佳灰度圖像。[3]

1.2 圖像分割及卡爾曼濾波

獲得灰度圖像后，通過Ostu算法確定合適的分割閾值，當(dāng)像素點(diǎn)灰度值超過閾值，將該像素點(diǎn)灰度值賦值為255，否則賦值該像素點(diǎn)灰度值為0，由此得到二值圖像。在分割過程中會(huì)產(chǎn)生高斯白噪聲，采用卡爾曼濾波的方法進(jìn)行濾波。[4]

2 圖像特征提取

2.1 不變矩特征值提取

圖像特征提取可以從基于圖像顏色的統(tǒng)計(jì)特性、圖像形狀和圖像紋理特征這些方面入手。為了克服圖像旋轉(zhuǎn)、平移導(dǎo)致的圖像特征提取誤差較大的情況，本文采用形狀不變矩來提取圖像熵矩陣的特征，作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層參數(shù)。

根據(jù)不變矩理論，定義圖像f（x，y）的p+q階中心矩為：

由計(jì)算得到的單元熵組成熵矩陣，n表示網(wǎng)格分辨率。熵矩陣中包含著局部和全局的圖像信息，從熵矩陣中提取不變矩特征值。[5]

2.2 灰度共生矩陣特征提取

在圖像f（x，y）任取一點(diǎn)組點(diǎn)對，偏移量為（a，b），點(diǎn)（x，y）處灰度值為i，點(diǎn)（x+a，y+b）處灰度值為j，固定（a，b），通過點(diǎn)對在圖像上的移動(dòng)獲得不同的點(diǎn)對的灰度值（i，j），由于經(jīng)過二值化以后灰度等級為{0，255}，故得到的（i，j）組合共有4組，統(tǒng)計(jì)整幅圖中每一種點(diǎn)對灰度出現(xiàn)的頻數(shù)，歸一化后得到[Pij]灰度共生矩陣。由此獲得對比度，相關(guān)性，能量，逆差矩，分別為Con，Cor，Ene，Hom。[6]

綜合從熵矩陣中提取的7個(gè)不變矩特征值和依據(jù)灰度共生矩陣得出的4個(gè)參數(shù)，構(gòu)成用于進(jìn)行識(shí)別的圖像特征向量，作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層參數(shù)。表示為

3基于L-M算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

3.1 L-M算法概述

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法基于誤差梯度下降標(biāo)準(zhǔn)，通過實(shí)際輸出與期望輸出的誤差來調(diào)整連接權(quán)值使之達(dá)到最優(yōu)。但通常情況下，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在學(xué)習(xí)速率慢，容易陷入局部最小值等問題[7]。作為優(yōu)化算法之一的L-M算法是梯度下降法與高斯-牛頓法的結(jié)合，利用了近似的二階導(dǎo)數(shù)信息，具有快速收斂，準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，本文嘗試將其與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法結(jié)和用于圖像識(shí)別。

3.2 原理及實(shí)現(xiàn)步驟

4 實(shí)驗(yàn)仿真及結(jié)果分析

本文以車牌識(shí)別為例。在試驗(yàn)中，選取了數(shù)字0-9、英文字母A-Z及車牌上常見的30個(gè)漢字共66個(gè)字符，每個(gè)字符50張訓(xùn)練樣本圖片進(jìn)行訓(xùn)練。由于車牌號(hào)由不同字符組合而成，在圖像處理過程中，進(jìn)行了字符分割和圖像增強(qiáng)，為具體字符的識(shí)別提供分類基礎(chǔ)。經(jīng)過訓(xùn)練后，將50張測試圖片輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試。經(jīng)過測試，識(shí)別率能達(dá)到98%以上，且識(shí)別速度快，性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

4.1 圖像預(yù)處理

灰度處理選擇的標(biāo)準(zhǔn)是經(jīng)過灰度變換后，像素的動(dòng)態(tài)范圍增加，圖像的對比度擴(kuò)展，使圖像變得更加清晰、細(xì)膩、容易識(shí)別，處理結(jié)果如圖2。圖像二值化處理，結(jié)果如圖3。

可以通過求梯度局部最大值對應(yīng)的點(diǎn)，并認(rèn)定為邊緣點(diǎn)，去除非局部最大值，可以檢測出精確的邊緣。一階導(dǎo)數(shù)的局部最大值對應(yīng)二階導(dǎo)數(shù)的零交叉點(diǎn)，這樣通過找圖像強(qiáng)度的二階導(dǎo)數(shù)的零交叉點(diǎn)就能找到精確邊緣點(diǎn)，如圖4。

對圖像做了開運(yùn)算和閉運(yùn)算，閉運(yùn)算可以使圖像的輪廓線更為光滑，它通常用來消掉狹窄的間斷和長細(xì)的鴻溝，消除小的孔洞，并彌補(bǔ)輪廓線中的斷裂，如圖5。

對水平投影進(jìn)行峰谷分析，計(jì)算出車牌上邊框、車牌字符投影、車牌下邊框的波形峰上升c、峰下降點(diǎn)、峰寬、谷寬、峰間距離、峰中心位置參數(shù)，如圖6。

通過以上水平投影、垂直投影分析計(jì)算，獲得了車牌字符高度、字符頂行與尾行、字符寬度、每個(gè)字符的中心位置，為提取分割字符具備了條件。

4.2 訓(xùn)練庫的準(zhǔn)備

通過預(yù)先的圖像識(shí)別提取，得到部分?jǐn)?shù)字與漢字的訓(xùn)練庫，如圖7。

在車牌識(shí)別的過程中數(shù)字庫的建立很重要，切割出來的數(shù)據(jù)要與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)作比較，只有數(shù)字庫準(zhǔn)確才能保證檢測出來的數(shù)據(jù)正確。

4.3 車牌的識(shí)別

進(jìn)行車牌識(shí)別前需要使用樣本對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，然后使用訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)對車牌進(jìn)行識(shí)別。其具體流程為：使用漢字、字母、字母數(shù)字、數(shù)字四個(gè)樣本分別對四個(gè)子網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)和權(quán)值。對已經(jīng)定位好的車牌進(jìn)行圖像預(yù)處理，逐個(gè)的特征提取，然后從相應(yīng)的文件中讀取相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)和權(quán)值，把車牌字符分別送入相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行識(shí)別，輸出識(shí)別結(jié)果，如圖8。

5 結(jié)束語

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像識(shí)別具有廣闊的前景，隨著對識(shí)別質(zhì)量和識(shí)別效率要求的不斷提高，用于識(shí)別的算法也在不斷更新和優(yōu)化?；贚-M算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在識(shí)別速率和精度方面有著巨大的優(yōu)勢，但是限于計(jì)算量較大這一問題，在一些特征向量較多或內(nèi)存較小的設(shè)備中難以適用，而圖像識(shí)別所需要的特征量往往又較多，為此進(jìn)一步研究特征量提取方法的優(yōu)化和高性能運(yùn)行設(shè)備是圖像識(shí)別進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。[8]

參考文獻(xiàn)：

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第2篇：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢范文

Abstract： The paper puts forward the optimization method of fractional linear neural network based on genetic algorithm. It firstly optimizes the weight of fractional linear network by using genetic algorithm， and then， on the basis of genetic improved result， trains fractional linear network by fractional linear network back propagation （BP） algorithm， and gets the optimal weights of network. It is applied to build the fractional linear neural network model based on genetic algorithm for predicting the gas-oil ratio of original oil. The Comparative experiments show that the fractional linear neural network optimization method based on genetic algorithm is a kind of new modeling method.

關(guān)鍵詞： 遺傳算法；分式線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；預(yù)測模型；原油氣油比

Key words： genetic algorithm；fractional linear neural network；prediction model；gas-oil ratio of original oil

中圖分類號(hào)：TP183 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）28-0221-02

0 引言

BP網(wǎng)絡(luò)是一種應(yīng)用最為廣泛的前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。但是BP網(wǎng)絡(luò)收斂速度慢，易陷入局部極小。遺傳算法是一種自適應(yīng)全局優(yōu)化概率搜索算法，具有較強(qiáng)的魯棒性，可以與BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)合避免其陷入局部最小。一些學(xué)者對BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)，如吳清佳等[1]采用VC維方法確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，再用BP算法和基本遺傳算法對暴雨量進(jìn)行預(yù)測分析；張少文等[2]嘗試用GA-BP算法建立了黃河上游降雨-徑流神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型。

由相關(guān)數(shù)學(xué)概念可知，線性函數(shù)的倒數(shù)是分式線性函數(shù)。文獻(xiàn)[3]證明了分式線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有比常見BP網(wǎng)絡(luò)更強(qiáng)、更廣泛的逼近能力。但是，分式線性網(wǎng)絡(luò)反向傳播（BP）學(xué)習(xí)算法也有不收斂或易陷入局部極小的可能。本文結(jié)合GA和分式線性網(wǎng)絡(luò)BP算法的特點(diǎn)構(gòu)建了基于遺傳算法的分式線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型并用于原油溶解氣油比預(yù)測。仿真結(jié)果表明，這一模型可以用來預(yù)測原油氣油比，因而基于遺傳算法的分式線性網(wǎng)絡(luò)可行有效。

1 分式線性網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

分式線性網(wǎng)絡(luò)是具有m（m？叟3）層的前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，包括1個(gè)輸入層，1個(gè)或1個(gè)以上的隱含層和1個(gè)輸出層。

本文神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型采用3層分式線性網(wǎng)絡(luò)，即1個(gè)輸入層，1個(gè)隱含層和1個(gè)輸出層，其中隱含層神經(jīng)元的輸入函數(shù)是分式線性函數(shù)。

根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)和溶解氣油比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，壓力、溫度、氣體相對密度、原油重度與原油溶解氣油比之間存在一定的非線性函數(shù)關(guān)系。本文把壓力、溫度、氣體相對密度以及原油重度這4個(gè)參量作為網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點(diǎn)，氣油比這個(gè)參量作為輸出節(jié)點(diǎn)。因此，輸入層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為4，輸出層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為1。決定隱含層的神經(jīng)元數(shù)量的選取多是通過實(shí)驗(yàn)不斷調(diào)整數(shù)量和經(jīng)驗(yàn)公式選取。根據(jù)本文設(shè)計(jì)思想和實(shí)驗(yàn)反復(fù)計(jì)算測試，設(shè)計(jì)輸入層神經(jīng)元數(shù)目為n，輸出層神經(jīng)元數(shù)目為1，隱含層神經(jīng)元數(shù)目為（2n+1）=2×4+1=9。

2 基于遺傳算法的模型初始權(quán)值優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 基本思想 為加快分式線性網(wǎng)絡(luò)BP算法收斂速度，避免陷入局部極小，本文先對模型初始的權(quán)值、閾值編碼，構(gòu)成初始種群，然后借助遺傳算子生成下一代種群，對種群中的最優(yōu)個(gè)體解碼后得到的權(quán)值做出評價(jià)，如果滿足遺傳算法性能指標(biāo)，則輸出此最優(yōu)權(quán)值，否則繼續(xù)遺傳算法操作，直至某一代的種群最優(yōu)個(gè)體滿足性能指標(biāo)，并輸出對應(yīng)的權(quán)值、閾值。此時(shí)得到的權(quán)值閾值是遺傳算法優(yōu)化后的分式網(wǎng)絡(luò)初始解，再把得到的優(yōu)化權(quán)值再傳賦給分式線性網(wǎng)絡(luò)再做進(jìn)一步的優(yōu)化。

2.2 設(shè)計(jì)方法

2.2.1 編碼方法 本文遺傳算法采用實(shí)數(shù)編碼方法。將分式線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值按先后順序級聯(lián)為一個(gè)長串，串上的每一個(gè)位置對應(yīng)著網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)權(quán)值和閾值，并用一個(gè)向量？孜表示：？孜=[W1，W2，B1，B2]（1）

其中，W1為輸入層神經(jīng)元與隱含層神經(jīng)元連接權(quán)值，W2為隱含層神經(jīng)元與輸出層神經(jīng)元連接權(quán)值，B1為隱含層神經(jīng)元閾值，B2為輸出層神經(jīng)元閾值，

取隱含層傳遞函數(shù)？椎（t）=■，設(shè)輸入學(xué)習(xí)樣本共有M個(gè)，記為Xp=（x■，x■，…，x■），p=1，2，…，M，對應(yīng)的樣本輸出為Y■=（y■，y■，…，y■），p=1，2，…M，W■■，是對應(yīng)第p個(gè)樣本的輸入層與隱含層神經(jīng)元連接權(quán)值，W■■是對應(yīng)第p個(gè)樣本的隱含層與輸出層神經(jīng)元連接權(quán)值，B■■對應(yīng)第p個(gè)樣本的隱含層神經(jīng)元閾值，B■■對應(yīng)第p個(gè)樣本的輸出層神經(jīng)元閾值。網(wǎng)絡(luò)在學(xué)習(xí)樣本下的實(shí)際輸出為

■■=W■■■+B■■，p=1，2，…M

（2）

定義適應(yīng)度函數(shù)的形式為：f=■=

1/■Y■-W■■■+B■■（3）

2.2.2 遺傳操作 ①選擇算子：采用基于正態(tài)分布序列選擇的選擇算子。②交叉算子：采用算術(shù)交叉算子。③變異算子：采用基于非均勻變異的變異算子。④進(jìn)化代數(shù)：T=300。

3 模型構(gòu)建

以東營市利津油田34口油井建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報(bào)模型，對這些油井的溶解氣油比作為分析對象，分別通過遺傳算法進(jìn)化分式線性網(wǎng)絡(luò)模型和采用L-M訓(xùn)練算法的BP網(wǎng)絡(luò)模型對比進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，對34口油井中的28個(gè)樣本作訓(xùn)練樣本建模，訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)預(yù)測剩余6口油井的氣油比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)從輸入段到輸出端的非線性形式下的映射，預(yù)測6個(gè)測試樣本的原油溶解氣油比。（表1）

4 仿真實(shí)驗(yàn)

本文提出結(jié)合遺傳算法的分式線性網(wǎng)絡(luò)BP算法模型對濱南采油廠利津油田34個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。為構(gòu)建分式線性函數(shù)，固定點(diǎn)?。╝1，a2，a3，a4）=-1，由于設(shè)定輸入層神經(jīng)元個(gè)數(shù)為4，則隱含層神經(jīng)元輸入函數(shù)（分式線性函數(shù)）為I=■W1■（4）

其中W1為輸入層神經(jīng)元與隱含層神經(jīng)元連接權(quán)值，xi為輸入變量。

分式線性網(wǎng)絡(luò)隱含層傳遞函數(shù)為Sigmoid函數(shù)？椎（t）=1/（1+e-t），輸出層傳遞函數(shù)為線性函數(shù)L（t）=t，最終訓(xùn)練目標(biāo)e=0.001，樣本數(shù)目M=28，訓(xùn)練次數(shù)為1000。遺傳算法的初始種群規(guī)模N=50，最大進(jìn)化代數(shù)T=300。為對比仿真結(jié)果，同時(shí)對采用L-M訓(xùn)練算法的三層BP網(wǎng)絡(luò)做仿真，輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)為4，輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)為1，隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)為10，訓(xùn)練函數(shù)為trainlm，訓(xùn)練目標(biāo)？著=0.001，訓(xùn)練次數(shù)為1000，其余均取默認(rèn)值。

GA優(yōu)化結(jié)果：最大適應(yīng)度f=26.2544，得到的權(quán)值閾值是矩陣形式：？孜=[W9×4，W4×9，W9×1，W4×1]其中，各個(gè)變量的定義同前述。

從表2可以看出，本文優(yōu)化算法需要213步達(dá)到訓(xùn)練誤差要求，而改進(jìn)BP算法需要24步就達(dá)到要求，本文算法訓(xùn)練步數(shù)較長。

由表3可見，基于本文優(yōu)化算法的模型可以預(yù)測原油氣油比，其整體預(yù)測氣油比的精度與基于改進(jìn)BP算法的模型效果接近，因而本文優(yōu)化算法預(yù)測數(shù)據(jù)是可行有效的。

5 結(jié)束語

本文將遺傳算法和分式線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合用于原油氣油比的預(yù)測，這對原油物性分析提供了一個(gè)借鑒和參考。下一步需要充分考慮其他因素的影響并不斷改進(jìn)模型，同時(shí)調(diào)整好GA算子和分式線性網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)以便提高預(yù)測的精確度和時(shí)效。

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第3篇：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢范文

關(guān)鍵詞：無人機(jī) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 控制技術(shù)

中圖分類號(hào):TP183 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416(2012)07-0010-01

無人機(jī)的核心部分是飛行控制系統(tǒng)。無人機(jī)進(jìn)行自主飛行時(shí),控制系統(tǒng)需要有效地對姿態(tài)回路部分和水平位置、高度回路部分進(jìn)行重點(diǎn)控制，才能保持良好的自主飛行適應(yīng)性。研究表明，智能技術(shù)的發(fā)展水平在相當(dāng)大的程度上決定了自主控制技術(shù)的發(fā)展水平，人工智能系統(tǒng)若要提高對形勢的感應(yīng)能力和外部環(huán)境的理解能力，并作出準(zhǔn)確、快速反應(yīng)，需要以獲取信息的完整性和準(zhǔn)確性為前提支撐。

研究表明，現(xiàn)代絕大多數(shù)控制理論在飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用方面，均表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢和劣勢。

反步控制的優(yōu)勢在于收斂性方面表現(xiàn)較好，可對具有不確定性的未知擾動(dòng)進(jìn)行有效處理，缺點(diǎn)是魯棒性表現(xiàn)較差。反饋線性化的優(yōu)勢在于設(shè)計(jì)靈活，缺點(diǎn)是對數(shù)學(xué)模型建立的精確性要求較高，且不能處理具有不確定性的未知擾動(dòng)。采用變結(jié)構(gòu)的滑?？刂萍夹g(shù)優(yōu)勢在于響應(yīng)快捷，且所建數(shù)學(xué)模型的精確性要求不高，對外部不確定性擾動(dòng)反應(yīng)不敏感，缺點(diǎn)是需要進(jìn)一步提高抖振現(xiàn)象的解決能力。在計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)下，人工智能應(yīng)用于無人機(jī)控制系統(tǒng)已具備一定的技術(shù)基礎(chǔ)，特別是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因其具有良好的學(xué)習(xí)和推理能力，所以應(yīng)用最為廣泛。本文以無人機(jī)的飛行控制應(yīng)用為中心,重點(diǎn)分析了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于智能控制的最新成果，為今后的深入研究提供一定的基礎(chǔ)支撐。

1、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制技術(shù)

PID控制器魯棒性表現(xiàn)較好，結(jié)構(gòu)相對簡單，廣泛應(yīng)用于典型無人機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。但是經(jīng)典PID對于具有非線性特性的多變量系統(tǒng)，其處理能力較差，不能有效提升系統(tǒng)的抗外擾能力，特別是系統(tǒng)參數(shù)變化攝動(dòng)時(shí)，其魯棒性表現(xiàn)較差，致使系統(tǒng)的飛行動(dòng)態(tài)控制能力較差。近年來，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制技術(shù)的快速發(fā)展為支撐，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制技術(shù)開始和常規(guī)PID控制相融合，優(yōu)化形成了兩種類型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器。一種為神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)PID控制器，該控制器在傳統(tǒng)PID控制器的基礎(chǔ)上，融合加入了一個(gè)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制器，對PID參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化確定;另一種是單神經(jīng)元PID控制器，它用神經(jīng)元輸入權(quán)值跟PID參數(shù)進(jìn)行一一對應(yīng)，該輸入值為經(jīng)比例、積分、微分處理后的偏差值。

1.1 采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)確定PID控制器參數(shù)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器通過對被控對象建立反向模型，構(gòu)成前饋控制器。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器首先學(xué)習(xí)PID控制器的輸出，而后在線進(jìn)行調(diào)整，盡量使反饋誤差趨零化，逐步提升自身在系統(tǒng)控制中的主導(dǎo)作用，最終替換反饋控制器的相應(yīng)作用，但PID反饋控制器繼續(xù)存在，沒有消失。當(dāng)系統(tǒng)受到外部干擾擾動(dòng)時(shí)，PID反饋控制器可繼續(xù)發(fā)揮作用。采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)確定PID控制器參數(shù)的技術(shù)實(shí)際上是一種前饋加反饋的特殊控制技術(shù)，該技術(shù)在提高了系統(tǒng)精度的情況下，同時(shí)提高了系統(tǒng)的自適應(yīng)能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的控制穩(wěn)定性，改善了控制系統(tǒng)的魯棒性能。其典型控制原理如圖1所示

1.2 單神經(jīng)元PID控制

該種類型的自適應(yīng)控制器依靠調(diào)整加權(quán)系數(shù)完成自適應(yīng)和自組織，采用有監(jiān)督Hebb學(xué)習(xí)規(guī)則對加權(quán)系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。單神經(jīng)元PID控制器采用具有明確物理意義的算法組織學(xué)習(xí)，結(jié)構(gòu)也較簡單，在環(huán)境變化適應(yīng)性方面，呈現(xiàn)出較好的魯棒性。其劣勢在于由于該種類型控制器為單神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，因此不具備任意函數(shù)逼近的能力。

2、自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

針對任意一個(gè)非線性連續(xù)函數(shù)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)因具有較強(qiáng)的自學(xué)習(xí)能力，所以能以任意精度要求逼近，且能夠完成并行處理，實(shí)現(xiàn)萬能函數(shù)逼近功能。與傳統(tǒng)查表法對比,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算時(shí)間較短，且不需要大內(nèi)存容量，在對相鄰兩個(gè)訓(xùn)練點(diǎn)之間的點(diǎn)進(jìn)行插值計(jì)算時(shí)，不需要額外的計(jì)算消耗。相比典型的自適應(yīng)線性控制器，研究表明，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠獲得較好的期望性能，表現(xiàn)出相對較高的自適應(yīng)非線性控制能力。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)對非線性對象的有效控制，對不確定對象的有效控制，且抗環(huán)境干擾能力較強(qiáng)，因此特別適合于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)自主飛行控制。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于自適應(yīng)飛行控制的基本原理為:對飛行器模型進(jìn)行近似線性化處理，爾后對該控制器添加人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò),通過逆轉(zhuǎn)換完成非線性控制功能，對飛行中的動(dòng)態(tài)誤差，自適應(yīng)消除其影響，有效提升系統(tǒng)響應(yīng)。該種類型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器通過在線提升自適應(yīng)能力,在一定程度上改善了風(fēng)洞數(shù)據(jù)依賴度，對動(dòng)態(tài)先驗(yàn)知識(shí)的需求也進(jìn)一步降低,從而減少了飛行控制系統(tǒng)的研發(fā)費(fèi)用。

3、結(jié)語

研究表明，常規(guī)PID控制器雖然結(jié)構(gòu)較簡單，可靠性能表現(xiàn)較好，呈現(xiàn)出良好的魯棒性，但其缺少自學(xué)習(xí)、自組織、自適應(yīng)的能力，這些能力恰恰是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的智能優(yōu)勢。但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也具有一定的缺點(diǎn)，表現(xiàn)為收斂速度較慢，個(gè)別情況下不能搜索到全局最優(yōu)解等。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)利用自身較強(qiáng)的并行處理能力和自然容錯(cuò)特性，對非線性飛行系統(tǒng)能夠進(jìn)行較好的智能處理，有效降低了逆誤差，可以精確獲取無人機(jī)控制模型，魯棒性表現(xiàn)優(yōu)異。

目前，已在無人機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法主要是與PID算相融合的智能算法。今后，將自適應(yīng)控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制相結(jié)合的控制算法將逐步進(jìn)入飛行控制實(shí)踐技術(shù)行列,從而大副提升無人機(jī)應(yīng)對不確定環(huán)境和復(fù)雜問題的能力,真正實(shí)現(xiàn)自主飛行。

參考文獻(xiàn)

第4篇：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢范文

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入預(yù)測領(lǐng)域使預(yù)測理論及方法產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。傳統(tǒng)的線性預(yù)測方法，如自回歸（AutoRegressive， AR）模型、滑動(dòng)平均（Moving Average， MA）模型等在解決非線性嚴(yán)重的預(yù)測問題時(shí)遇到很大困難，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在非線性預(yù)測方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢，它不需要建立復(fù)雜的非線性系統(tǒng)的顯式關(guān)系及數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)據(jù)樣本訓(xùn)練即可提取數(shù)據(jù)特征和內(nèi)在規(guī)律，實(shí)現(xiàn)信息的分布存儲(chǔ)，產(chǎn)生聯(lián)想記憶，從而對未經(jīng)訓(xùn)練的樣本能夠給出外推的預(yù)測效果，為非線性預(yù)測提供了強(qiáng)有力的工具。

1987年，A.Lapedes和R.Farber首次利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對非線性時(shí)間序列進(jìn)行預(yù)測，開創(chuàng)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于預(yù)測領(lǐng)域的先河[1]。之后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在預(yù)測中的應(yīng)用得到快速發(fā)展。近年來，小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種新穎的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)日益受到關(guān)注，它兼有小波函數(shù)時(shí)頻局部特性和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)逼近和泛化能力，在預(yù)測領(lǐng)域具有強(qiáng)大的優(yōu)勢。

目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測形式主要有兩種：趨勢預(yù)測與基于因果關(guān)系的回歸預(yù)測，分別對應(yīng)時(shí)間序列預(yù)測和多元回歸預(yù)測。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有分布式、聯(lián)想、記憶和很強(qiáng)的泛化能力，以及自學(xué)習(xí)和容錯(cuò)性，可以以任意精度逼近非線性函數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，是線性預(yù)測方法無法比擬的。對于大多數(shù)預(yù)測對象，尤其是含有非線性關(guān)系的數(shù)據(jù)，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測都會(huì)得到更高的預(yù)測精度。

但是，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于預(yù)測中存在如下問題：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目前尚無確定的理論依據(jù)；預(yù)測結(jié)果有隨機(jī)性；機(jī)理缺乏透明度；初始參數(shù)難確定；存在過度擬合現(xiàn)象；易陷入局部極小等。其中大多數(shù)問題需要以實(shí)驗(yàn)效果為依據(jù)進(jìn)行確定，利用統(tǒng)計(jì)方法對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，或采用試湊法找出網(wǎng)絡(luò)“最佳”參數(shù)進(jìn)行下一步預(yù)測[2]。

在上述問題中比較突出的問題是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測結(jié)果的隨機(jī)性，小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也不例外，即多次預(yù)測結(jié)果不同，有時(shí)分散性很大，即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測精度具有不可控性質(zhì)。對此，在目前的文獻(xiàn)中鮮有介紹。本文針對小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)給出一種簡單、實(shí)用的確定的預(yù)測方法，可以獲得穩(wěn)定的預(yù)測結(jié)果。

1預(yù)測結(jié)果的不確定因素

對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)表明：網(wǎng)絡(luò)初始參數(shù)對預(yù)測結(jié)果的影響舉足輕重[3-4]。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定后，即網(wǎng)絡(luò)輸入層、隱層、輸出層神經(jīng)元個(gè)數(shù)，以及學(xué)習(xí)速率、訓(xùn)練精度等確定后，預(yù)測結(jié)果取決于網(wǎng)絡(luò)的初始參數(shù)值。初始參數(shù)包括網(wǎng)絡(luò)權(quán)值、閾值，對于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還包括平移因子和尺度參數(shù)。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始參數(shù)通常都設(shè)為[-1，1]的隨機(jī)數(shù)，它是導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果不確定的本質(zhì)原因。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定的前提下，如果初始參數(shù)設(shè)為定值，預(yù)測結(jié)果必然是唯一的。實(shí)驗(yàn)表明，對常用的三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，影響最大的是網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的初始值，之后是訓(xùn)練精度、隱層神經(jīng)元數(shù)、學(xué)習(xí)速率以及動(dòng)量因子等。

第5篇：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢范文

（安徽理工大學(xué)測繪學(xué)院，安徽 淮南 232001）

【摘　要】神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的收斂性和穩(wěn)定性已經(jīng)得到了廣泛的證明，被應(yīng)用在許多工業(yè)監(jiān)控場合，在傳統(tǒng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測基坑變形方法的基礎(chǔ)上，融入了灰色算法，生成了一種新的智能化模型，以對原有方法進(jìn)行優(yōu)化。通過實(shí)際案例證明，新的組合模型無論在計(jì)算時(shí)間還是在計(jì)算精度方面，都顯示了較為明顯的優(yōu)勢，具有一定的經(jīng)濟(jì)意義和實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞 基坑變形；監(jiān)測；灰色模型；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

0　引言

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各項(xiàng)大型工程的建設(shè)也在蓬勃興起，從而帶動(dòng)了基坑工程的快速發(fā)展?；庸こ叹哂忻娣e大、深度大、造價(jià)高及施工難度大等特點(diǎn)，其穩(wěn)定性和安全性越來越受全社會(huì)的普遍關(guān)注，因此變形預(yù)測和預(yù)報(bào)成為一項(xiàng)十分重要的工作。基于基坑的結(jié)構(gòu)類型、組成物質(zhì)的物理學(xué)性質(zhì)、外力作用的多變性和不確定性，很難建立合適的確定性模型。目前用于變形預(yù)測模型有很多種，如回歸分析模型、灰色系統(tǒng)模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等。本文針對灰色模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行改進(jìn)，以期提高基坑變形測量的準(zhǔn)確性，更好的保障工程施工的安全。

1　灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

1.1　BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為多種，本設(shè)計(jì)選取了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為研究對象，它屬于一種前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，目前應(yīng)用較為廣泛，已經(jīng)成為了一種成熟的優(yōu)化模型。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不但有輸入層節(jié)點(diǎn)(單元)、輸出層節(jié)點(diǎn)，而且還有一層或多層隱含層節(jié)點(diǎn)，層與層之間多采用全連接方式，但同一層之間的節(jié)點(diǎn)不存在互相連接。該模型流程如下：

第一階段，正向傳播過程: 輸入層神經(jīng)元通過接受外界的輸入信息，并傳遞給中間層神經(jīng)元，中間層神經(jīng)元負(fù)責(zé)前后層之間的信息交換，并確定出中間層設(shè)計(jì)的隱含層的數(shù)量，最終將信息傳到輸出層并輸出顯示結(jié)果，完成一次正向傳播處理過程。

第二階段，反向傳播過程: 主要用于誤差調(diào)整，當(dāng)預(yù)測結(jié)果同預(yù)期差距過大時(shí)，誤差通過輸出層，通過采用誤差梯度下降的方式來調(diào)整各層權(quán)值，并向隱含層、輸入層逐層反向傳播。

以上兩個(gè)過程不斷循環(huán)往復(fù)，可在很短的時(shí)間內(nèi)完成整個(gè)尋優(yōu)過程，收斂性良好，并可保證將輸出誤差降低至最小。當(dāng)然，從另一角度考慮，為了防止算法陷入無限循環(huán)中，可預(yù)先設(shè)定學(xué)習(xí)次數(shù)，當(dāng)模型運(yùn)算次數(shù)達(dá)到預(yù)定值時(shí)，無論是否達(dá)到預(yù)期精度，都會(huì)終止模型并輸出結(jié)果。

1.2　灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組合模型

灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的組合預(yù)測模型是將灰色GM（1,1）模型和BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型相結(jié)合，并充分發(fā)揮灰色系統(tǒng)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型各自的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)兩者優(yōu)勢互補(bǔ)，從而提高計(jì)算精度和運(yùn)算能力，更好地解決實(shí)際工程中復(fù)雜的不確定問題。具體實(shí)施步驟如下:

（1）采用灰色GM（1，1） 模型對原始時(shí)序數(shù)據(jù)序列{x（0）（i）},i=1，2，…,n進(jìn)行預(yù)測，獲得擬合數(shù)據(jù)x’（1）（i）。

（2）求出殘差序列e（0）=x（0）－x’（0）,i=1,2,……,n，這里可取e（0）（i－3），e（0）（i－2），e（0）（i－1）作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，e（0）（i） 作為網(wǎng)絡(luò)的輸出，從而獲得BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)修正后的殘差序列e’（0）（i） ，則組合模型的最終預(yù)測結(jié)果等x’（0）（i）+e’（0）（i） 。

采用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行殘差修正的預(yù)測模型流程，如圖1所示。

2　實(shí)例分析

某大型工程基坑開挖深度11m～14m，基坑工程類別為一級。該場地地下水類型主要有上層滯水、第四系松散巖類孔隙裂隙水。土層滯水主要賦存于人工填土層中，水位不連續(xù)，變化幅度大，主要接受大氣降水和地表水體的補(bǔ)給?；泳€路東側(cè)沿線分布有多個(gè)水塘，部分坑內(nèi)有積水。水坑均為雨季雨水匯集形成，個(gè)別水坑在線路上方。基坑施工過程中，若發(fā)生較大范圍的土體變形，造成邊坡土體開裂，會(huì)導(dǎo)致水塘內(nèi)積水滲入基坑，從而影響基坑施工安全。在此期間，為實(shí)時(shí)了解基坑在開挖過程中的變形情況，對該基坑進(jìn)行了定期觀測。其中基坑的沉降監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)如圖2 所示。

為了檢驗(yàn)灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在變形監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)測中的效果，對該基坑冠梁上監(jiān)測點(diǎn)x－2的沉降數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析。這里選取4 個(gè)月的監(jiān)測數(shù)據(jù)，時(shí)間間隔為4d，共計(jì)22次數(shù)據(jù)，分別用3種模型進(jìn)行預(yù)測分析。采用前19 次實(shí)測數(shù)據(jù)建立相應(yīng)模型，對后3次數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，將獲得的擬合結(jié)果和預(yù)測結(jié)果同實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。通過MATLAB進(jìn)行編程計(jì)算，可得GM（1,1）模型擬合結(jié)果。

圖3 列出了兩種模型的擬合和預(yù)測情況，可以看出，灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測精度明顯高GM（1,1） 模型的預(yù)測精度，尤其是數(shù)據(jù)序列存在上下波動(dòng)的情況下。在實(shí)際的變形監(jiān)測過程中，由于許多不確定因素的存在，大多數(shù)獲得的數(shù)據(jù)序列是波動(dòng)的，此時(shí)我們可以采用灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行預(yù)測，可有效提高精度，并獲得較滿意的結(jié)果。

4　結(jié)語

本文將灰色理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型相結(jié)合，建立灰（下轉(zhuǎn)第259頁）（上接第106頁）色神經(jīng)優(yōu)化組合模型，充分發(fā)揮兩者優(yōu)勢，能夠在小樣本，貧信息及數(shù)據(jù)有波動(dòng)等情況下對變形監(jiān)測數(shù)據(jù)做出比較準(zhǔn)確的模擬和預(yù)測，并具有模型簡單、無需確定非線性函數(shù)和計(jì)算方便等優(yōu)點(diǎn)，從而為變形監(jiān)測的數(shù)據(jù)處理提供一種有效的方法。

參考文獻(xiàn)

［1］張正祿,黃全義,文紅雁,等．工程的變形監(jiān)測分析與預(yù)報(bào)[M]．北京:測繪出版社,2007．

第6篇：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢范文

隨著社會(huì)工業(yè)化速度的不斷加速，能源的競爭愈來愈激烈。生物質(zhì)能源作為一種可再生的清潔能源被廣泛認(rèn)可，生物氣化技術(shù)就是利用生物質(zhì)能的一種有效手段，對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境的保護(hù)都起到積極作用。但是，生物氣化技術(shù)是一種熱化學(xué)處理技術(shù)，其工作過程十分復(fù)雜，包含著大量的不確定因素，這就需要運(yùn)用生物質(zhì)氣化爐的智能控制系統(tǒng)來達(dá)到預(yù)期的控制效果。新形勢下，積極運(yùn)用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對生物質(zhì)氣化爐進(jìn)行智能控制，是實(shí)現(xiàn)可靠控制效果的重要舉措。

【關(guān)鍵詞】模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 生物質(zhì)氣化爐 智能控制

生物質(zhì)氣化過程是一項(xiàng)復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)過程，具有非線性、不穩(wěn)定性、負(fù)荷干擾等特性，只有實(shí)行智能控制才能受到良好的控制效果。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為智能研究比較活躍的領(lǐng)域，有效融合了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊理論的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效的解決生物質(zhì)氣化過程中的非線性、模糊性等問題，既保證控制的精確度，又能進(jìn)行快速地升降溫。本文通過對模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)涵特征進(jìn)行全面分析，闡述了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的生物質(zhì)氣化爐的智能控制，并通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證。

1 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)涵功能

簡而言之模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是具有模糊權(quán)值和輸入信號(hào)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是自動(dòng)化控制領(lǐng)域內(nèi)一門新興技術(shù)，其本質(zhì)上是將常規(guī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入模糊信號(hào)，因而模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具備了模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，集邏輯推理、語言計(jì)算等能力于一身，具有學(xué)習(xí)、聯(lián)想、模糊信息處理等功能。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是智能控制和自動(dòng)化不斷發(fā)展的產(chǎn)物，在充分利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的并行處理能力的基礎(chǔ)上，大大提高了模糊系統(tǒng)的推理能力。

模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是科技發(fā)展的產(chǎn)物，有效吸收了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和模糊系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，在智能控制和自動(dòng)化發(fā)展等方面有著重要的作用，能夠有效地處理非線性、模糊性等諸多問題，在處理智能信息方面能夠發(fā)揮巨大潛力。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)形式多種多樣，主要包括邏輯模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、算術(shù)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、混合模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多種類型，被廣泛的運(yùn)用于模糊回歸、模糊控制器、模糊譜系分析、通用逼近器等方面的研究中，隨著智能控制和自動(dòng)化領(lǐng)域的不斷發(fā)展，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于智能控制領(lǐng)域。

2 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的生物質(zhì)氣化爐的智能控制系統(tǒng)

2.1 溫度智能控制系統(tǒng)

生物質(zhì)熱值、給料理以及一次風(fēng)量等因素變化能夠影響到生物質(zhì)氣化爐的爐溫，但是最重要的影響因素是在氣化爐工作過程中物料物理和化學(xué)反應(yīng)的放熱和吸熱。由于生物質(zhì)氣化工作過程中的生物質(zhì)熱值的變化范圍較小，在實(shí)際運(yùn)行中很難測量與控制，有時(shí)可以忽略不計(jì)，同時(shí)，該工作過程中存在非線性和大滯后等問題，采用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型達(dá)不到預(yù)期測量效果，因此需要利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)氣化爐爐溫控制系統(tǒng)，不斷的提高溫度的控制效果。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)首先根據(jù)當(dāng)前溫度以及設(shè)定溫度設(shè)，主控制器對最優(yōu)的生物質(zhì)物料添加量進(jìn)行預(yù)測，然后由副控制根據(jù)該添加量，全面跟蹤控制送料速度，從而能夠進(jìn)行精確上料和控制爐溫。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)十分龐大復(fù)，其中包含了大量錯(cuò)綜復(fù)雜的神經(jīng)元，蘊(yùn)含對非線性的可微分函數(shù)訓(xùn)練權(quán)值的基本理念。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有正向傳遞和反向傳播兩個(gè)不同的功能，在信息的正向傳遞中，采用逐步運(yùn)算的方式對輸入的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，信息依次進(jìn)入輸入層、隱含層最終到達(dá)輸出層。假如在輸出層獲得的輸出信息沒達(dá)到預(yù)期效果時(shí)，就會(huì)在計(jì)算輸出層的偏差變化值后通過網(wǎng)絡(luò)將偏差信號(hào)按原路反向傳回，與此同時(shí)各層神經(jīng)元的權(quán)值也會(huì)隨之進(jìn)行改變，直到符合預(yù)期的控制效果。

2.2 含氧量智能控制系統(tǒng)

在生物質(zhì)氣化工作過程中，可燃?xì)怏w的含氧量是衡量其生產(chǎn)質(zhì)量的重要依據(jù)，能夠嚴(yán)重影響氣化產(chǎn)物的安全使用，因此，通過模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)氣化爐含氧量的智能控制十分重要。其含氧量智能控制系統(tǒng)的目的是為了合理控制可燃?xì)怏w的含氧量，從而穩(wěn)定氣化爐的溫度。但是，一次風(fēng)進(jìn)風(fēng)量是影響可燃?xì)怏w的含氧量的重要因素，所以可以把控制一次風(fēng)量作為主要調(diào)節(jié)手段，有效地解決含氧量控制和爐溫控制之間的矛盾，在控制爐溫的前提條件下，最大程度地降低可燃?xì)怏w含氧量，進(jìn)而有效控制氣化產(chǎn)物含氧量的。生物質(zhì)氣化爐含氧量的智能控制系統(tǒng)是嚴(yán)格運(yùn)用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制原理，主控制器采用溫度模糊免疫 PID控制，根據(jù)爐內(nèi)含氧量和溫度的偏差進(jìn)行推算，查找出鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的最優(yōu)狀態(tài)，副控制則以此為根據(jù)，全面跟隨與控制鼓風(fēng)機(jī)的速度，確保鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。生物質(zhì)氣化爐工作過程中的不同階段和部件具有不同的控制要求，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就要充分發(fā)揮被控對象的優(yōu)良性能，根據(jù)不同的控制要求，合理運(yùn)用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制原理對 PID參數(shù)模型中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行在線修改，從而達(dá)到預(yù)期的控制效果。

3 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的生物質(zhì)氣化爐智能控制系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證運(yùn)用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行生物質(zhì)氣化爐的智能控制的真實(shí)效果，對生物質(zhì)氣化爐的溫度智能控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行詳細(xì)地分析。為了保證生物質(zhì)氣化爐能夠在條件大體一致的狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)行狀況，仿真實(shí)驗(yàn)可以采用組合預(yù)測算法。首先要到某廠氣化爐現(xiàn)場采集2000組干燥層溫度數(shù)據(jù)，并且從中選取連續(xù)1500組作為仿真實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)，然后對剩余500組實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，通過兩組數(shù)據(jù)的分析建立預(yù)測模型。然后采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對生物質(zhì)氣化爐的溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行三次模擬化實(shí)驗(yàn)，三種不同情況下的仿真試驗(yàn)結(jié)果為：在無外界任何干擾的情況下，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制無論在超調(diào)量還是其他方面，都比單純的模糊控制效果好；在生物質(zhì)給料量擾動(dòng)的情況下，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制要比單純的模糊控制所受的影響要小很多；在發(fā)生一次風(fēng)量攪動(dòng)的情況下，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制仍受到極小的影響。從三種不同情況下的仿真試驗(yàn)中可以看出基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的生物質(zhì)氣化爐的爐溫智能控制系統(tǒng)效果較好，具有極強(qiáng)的抗干擾性，能夠有效地預(yù)測氣化爐溫度實(shí)時(shí)值，把平均誤差控制在很小范圍內(nèi)，并且智能控制系統(tǒng)能實(shí)時(shí)跟蹤實(shí)際溫度的變化，根據(jù)實(shí)際溫度的變化做出相應(yīng)的變化，從而能夠有效地控制氣化爐溫度和可燃?xì)怏w含氧量。

4 結(jié)束語

總之，基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的生物質(zhì)氣化爐的智能控制系統(tǒng)具有較好的控制效果，有效的解決了生物質(zhì)氣化過程中的一系列問題，能夠十分精確地控制生物質(zhì)氣化爐的爐溫及可燃?xì)怏w的含氧量，對于保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境的改善發(fā)揮了重要作用。

參考文獻(xiàn)

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第7篇：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢范文

關(guān)鍵詞：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)燃機(jī)性能，模型，自適應(yīng)性

一、概述

內(nèi)燃機(jī)是一個(gè)復(fù)雜、非線性、多變量、不易建模的龐大系統(tǒng)，同時(shí)又具有時(shí)滯和干擾等特點(diǎn)。因此，單純依靠實(shí)驗(yàn)來研究，耗時(shí)多、費(fèi)用大、更改實(shí)驗(yàn)條件不靈活。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過學(xué)習(xí)后，能從大量的性能測驗(yàn)數(shù)據(jù)中找出內(nèi)燃機(jī)的性能參數(shù)與內(nèi)燃機(jī)狀態(tài)變量之間的隱含非線性映射關(guān)系，然后對這種關(guān)系進(jìn)行展開分析研究，就能尋找改善內(nèi)燃機(jī)性能的有效途徑。

二、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是指利用工程技術(shù)手段模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能的一種技術(shù)系統(tǒng)，是一種大規(guī)模并行的非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。導(dǎo)入一定的輸入、輸出信號(hào)值后，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)根據(jù)輸入和輸出，并結(jié)合設(shè)定的理想誤差不斷地調(diào)節(jié)自己的各節(jié)點(diǎn)之間的連接權(quán)值來滿足輸入和輸出。

1、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本要素（見圖一）

1）一組連接，連接強(qiáng)度由各連接上的權(quán)值表示，權(quán)值為正表示激活，為負(fù)表示抑制。

2）一個(gè)求和單元，用于求取各輸入信號(hào)的加權(quán)和。

3）一個(gè)非線性激活函數(shù)，起非線性映射作用并將神經(jīng)元輸出幅度限制在一定范圍內(nèi)（一般限制在（0，1）或（？1，1）之間），此外還有一個(gè)閾值。

圖一

2、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作用過程的數(shù)學(xué)式表達(dá)

式中，，…，為輸入信號(hào)，，，…，為神經(jīng)元k之權(quán)值，為線性組合結(jié)果，為閾值，為激活函數(shù)，為神經(jīng)元k的輸出。

3、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

1）可以充分逼近任意復(fù)雜的非線性關(guān)系。

2）具有并行結(jié)構(gòu)和并行處理能力。

3）因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有信息對各個(gè)神經(jīng)元都是等勢的，因此部分信息丟失或者一定的節(jié)點(diǎn)不參與運(yùn)算，對結(jié)果均不會(huì)產(chǎn)生重大影響。這表現(xiàn)為其強(qiáng)大的魯棒性和容錯(cuò)性。

4）神經(jīng)元之間連接的多樣性和連接強(qiáng)度的可塑性，使得其具有很強(qiáng)的自適應(yīng)性，表現(xiàn)為：學(xué)習(xí)性、自組織能力、綜合推理能力和可訓(xùn)練性的等4個(gè)方面。

三、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)燃機(jī)性能研究中的應(yīng)用

1、內(nèi)燃機(jī)性能研究

通過選擇正確的樣本數(shù)據(jù)和合理的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練后就能夠很好的逼近內(nèi)燃機(jī)的工作過程，從而對相關(guān)的性能進(jìn)行研究和預(yù)測。

2、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)燃機(jī)故障診斷系統(tǒng)

在內(nèi)燃機(jī)的一些重要部位安裝傳感器，通過傳感器收集數(shù)據(jù)隨故障持續(xù)發(fā)展的變化情況，并將數(shù)據(jù)同時(shí)加載到兩組BP網(wǎng)絡(luò)中，一組用于對故障的分類，另一組用于對故障嚴(yán)重程度的估計(jì)。網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練后就能很好地定位故障并作出相應(yīng)的預(yù)測。

3、內(nèi)燃機(jī)可靠性與優(yōu)化設(shè)計(jì)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法

先對零件進(jìn)行可靠性分析，然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求建立可靠性概率約束條件模型，最后用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行優(yōu)化求解。

第8篇：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢范文

關(guān)鍵詞：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 企業(yè)經(jīng)濟(jì) 預(yù)測

當(dāng)代公司都處于劇烈的競爭之中，怎樣先人一步成為了管理過程中重要的一步。怎樣準(zhǔn)確的預(yù)測企業(yè)的經(jīng)濟(jì)變化，也成為了企業(yè)競爭過程中的核心，只有掌握了企業(yè)未來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，才可以在當(dāng)下采取相關(guān)措施進(jìn)行有針對性的解決或者支持，進(jìn)而幫助企業(yè)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、增加效益。所以，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)勢在必得，它極大地提升了預(yù)測的效率和準(zhǔn)確性，摒棄了舊時(shí)代的預(yù)測不準(zhǔn)、不快、太難的先天弊端，使得企業(yè)經(jīng)濟(jì)預(yù)測變得具有科學(xué)性和說服力。本文以此為切入點(diǎn)，將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入企業(yè)經(jīng)濟(jì)預(yù)測，結(jié)合相關(guān)實(shí)際，討論其原理和應(yīng)用情況。

一、具體預(yù)測方法介紹

1.時(shí)序預(yù)測模式

當(dāng)前，關(guān)于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對企業(yè)的預(yù)測，通常選擇數(shù)學(xué)函數(shù)模型，。但是因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和擬合難度大，更多的企業(yè)選擇基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)序模型。這樣的方法既能結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，也可以進(jìn)一步抵消由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測帶來的系統(tǒng)誤差，使得結(jié)果更加精準(zhǔn)。而具體方法為利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)體系對時(shí)序進(jìn)行數(shù)學(xué)模型建立之后，再將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中計(jì)算出的相對誤差拿出來作為一組基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)而進(jìn)行分析，想要徹底解除誤差的干擾，應(yīng)該同時(shí)建立多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，平行的進(jìn)行對比，這樣還可以提升預(yù)測精準(zhǔn)度。

2.基于軟件數(shù)據(jù)處理的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方法有很多種，但是不同的方法具有不同的優(yōu)勢，他們統(tǒng)一的特點(diǎn)都是：學(xué)術(shù)性強(qiáng)、具有復(fù)雜性。其中，借助于計(jì)算機(jī)的方法最為盛行。因?yàn)樗焖儆行В哂锌刹僮餍院推占靶?，跟企業(yè)經(jīng)濟(jì)實(shí)力沒有絕對關(guān)系，大部分企業(yè)選擇這一方法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)預(yù)測，在這其中包括軟件數(shù)據(jù)、硬件技術(shù)對比等，利用軟件將企業(yè)近段時(shí)間經(jīng)營數(shù)據(jù)收納后，運(yùn)用擬定好的函數(shù)模型，快速的呈現(xiàn)出學(xué)科知識(shí)范疇下的企業(yè)經(jīng)濟(jì)預(yù)測結(jié)果。而硬件技術(shù)也相對操作性較難，所以在目前的狀況下，絕大多數(shù)方案選擇的是軟件數(shù)據(jù)處理。

二、財(cái)務(wù)危機(jī)預(yù)警模型應(yīng)用結(jié)果分析

人工神經(jīng)系統(tǒng)中反復(fù)提到唯一變量分析模式，這個(gè)方法的優(yōu)勢在于簡便、上手快、結(jié)果清晰明了、應(yīng)用范疇廣。這樣的優(yōu)點(diǎn)使得這個(gè)方法非常受到中小企業(yè)的歡迎。但是這一模式也有著非常大的弊端：首先，因?yàn)檫@個(gè)模式只關(guān)注一個(gè)參考量，所以缺乏對全局的考量和其他微弱影響因素的關(guān)注，使得結(jié)果比較主觀。其次，唯一的變量會(huì)和其他變量之間產(chǎn)生沖突，無法準(zhǔn)確判斷多個(gè)結(jié)果間的彼此聯(lián)系。最后，企業(yè)經(jīng)濟(jì)預(yù)測是一個(gè)需要多方面統(tǒng)籌的問題，僅僅使用一個(gè)變量參考缺乏說服力，需要提供詳細(xì)的企業(yè)財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)與多個(gè)變量進(jìn)行平衡計(jì)算。

第一，即使唯一變量法簡單易操作、方便處理數(shù)據(jù)，但是其經(jīng)濟(jì)預(yù)測精準(zhǔn)度有待加強(qiáng)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)復(fù)雜高效的系統(tǒng)，必須保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，只有在平時(shí)的財(cái)務(wù)處理過程中，根據(jù)企業(yè)自身的實(shí)際情況，將多項(xiàng)參考指標(biāo)加入預(yù)測體系中，才可以提前知曉即將到來的經(jīng)濟(jì)形勢變化。所以可將唯一變量法作為一項(xiàng)輔助手段，幫助主要的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方式，雙管齊下進(jìn)行預(yù)測，能夠取得更好的效果。

第二，因?yàn)槲覈鴩?，企業(yè)內(nèi)部信息也相對缺乏真實(shí)可靠性，如果采用了唯一變量法，假使選用的變量具有有決定性意義而且企業(yè)自身容易出現(xiàn)紕漏，這樣不僅不會(huì)取得良好的經(jīng)濟(jì)預(yù)測結(jié)果，反而會(huì)誤導(dǎo)企業(yè)的發(fā)展走向后患無窮。所以應(yīng)該在企業(yè)內(nèi)部實(shí)行責(zé)任人員制度，即讓相關(guān)責(zé)任和工作人員對應(yīng)起來，讓每方面的信息責(zé)任具體到人頭上，有針對性的對企業(yè)內(nèi)心信息進(jìn)行管理，使得企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中每個(gè)部分都有據(jù)可依有人可查，不僅避免了相關(guān)信息的問題，而且能夠幫助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

三、結(jié)論

經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不確定性讓基于人工神經(jīng)系統(tǒng)的預(yù)測模式應(yīng)運(yùn)而生，其實(shí)根本不存在完全精準(zhǔn)有效的預(yù)測方法，只不過是在以往數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上結(jié)合相關(guān)實(shí)際，做出符合預(yù)期的預(yù)測，要想發(fā)揮出人工神經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，不僅需要不斷加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)部管理，保證所用數(shù)據(jù)真實(shí)性可靠性，更需要企業(yè)自身開發(fā)出更多適合企業(yè)實(shí)際情況的預(yù)警措施。退一步說，企業(yè)或許根本不需要經(jīng)濟(jì)預(yù)測模式，他們應(yīng)該注重怎樣在經(jīng)營管理活動(dòng)中提高效率，在現(xiàn)有資源情況下規(guī)避相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)不影響經(jīng)營狀況。只有這樣才能從根本上解決企業(yè)需要面對的問題，從而增強(qiáng)企業(yè)實(shí)力，完成更好的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

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第9篇：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢范文

關(guān)鍵詞： 時(shí)間序列； BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)； EMD； 本征模函數(shù)； 預(yù)測模型

中圖分類號(hào)：TP311.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2014）02-01-04

0 引言

時(shí)間序列是將某種現(xiàn)象某一個(gè)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)在不同時(shí)間上的各個(gè)數(shù)值，按時(shí)間先后順序排列而形成的序列。時(shí)間序列分析是一種動(dòng)態(tài)的數(shù)列分析[1]，出發(fā)點(diǎn)是承認(rèn)數(shù)據(jù)的有序性和相關(guān)性，通過數(shù)據(jù)內(nèi)部的相互關(guān)系來辨識(shí)系統(tǒng)的變化規(guī)律。常用的時(shí)間序列分析法主要是建立在回歸――移動(dòng)平均模型（ARMA）[2-3]之上，被用來對股價(jià)（最高價(jià)、最低價(jià)、開盤價(jià)、收盤價(jià)）及綜合指數(shù)進(jìn)行預(yù)測[4-5]。然而，這些經(jīng)典回歸分析暗含著一個(gè)重要假設(shè)：數(shù)據(jù)是平穩(wěn)的。如果數(shù)據(jù)非平穩(wěn)，往往導(dǎo)致出現(xiàn)“虛假回歸”，嚴(yán)重影響預(yù)測效果。股票等金融數(shù)據(jù)是典型的非平穩(wěn)時(shí)間序列，一般地說，股票價(jià)格的變化主要包括經(jīng)濟(jì)性因素、政治性因素、人為操縱因素、有關(guān)行業(yè)及投資者心理等多種因素的影響，各因素的影響程度、時(shí)間范圍和方式也不盡相同；且股市各因素間相互關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，主次關(guān)系變化不定，數(shù)量關(guān)系難以提取及定量分析[6]。因此，需要尋找一種好的方法來避免或減弱這些因素的影響，于是學(xué)者研究小波分析[6]和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[7-8]用于時(shí)間序列分析預(yù)測。小波變換可以使非平穩(wěn)數(shù)據(jù)中的有效成分和噪聲呈現(xiàn)出各自不同的特征，但小波變換中小波基的選取會(huì)對數(shù)據(jù)去噪的效果產(chǎn)生很大的影響，因此利用小波變換對非平穩(wěn)數(shù)據(jù)分析的方法缺乏自適應(yīng)性。Zhaohua Wu[11]等人通過大量的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD，Empirical mode decomposition）具有類似小波變換中的二進(jìn)濾波器特性，通過分解、數(shù)據(jù)重組后實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的去噪，汲取了小波變換優(yōu)勢，同時(shí)又克服了小波變換中的小波基選擇難的問題。

本文將經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，構(gòu)建了一種基于EMD-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測模型，通過對中國石化股票進(jìn)行預(yù)測模擬仿真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論，將EMD用于時(shí)間序列的預(yù)測分析，大大降低了擾動(dòng)因素的影響，提高了預(yù)測精度。

1 時(shí)間序列的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力和適應(yīng)能力，在非線性系統(tǒng)中的預(yù)測方面得到了廣泛的應(yīng)用?？紤]到金融數(shù)據(jù)是一類非線性較強(qiáng)的時(shí)間序列，本文選用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為預(yù)測工具。BP網(wǎng)絡(luò)[9-10]是一種多層前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其神經(jīng)采用的傳遞函數(shù)一般都是Sigmoid（S形彎曲）型可微函數(shù)，是嚴(yán)格的遞增函數(shù)，在線性和非線性之間顯現(xiàn)出較好的平衡，所以可實(shí)現(xiàn)輸入和輸出間的任意非線性映射，適用于中長期的預(yù)測；逼近效果好，計(jì)算速度快，不需要建立數(shù)學(xué)模型，精度高；理論依據(jù)堅(jiān)實(shí)，推導(dǎo)過程嚴(yán)謹(jǐn)，所得公式對稱優(yōu)美，具有強(qiáng)非線性擬合能力。目前，已經(jīng)有一些比較成熟的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件包，其中MATLAB的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱應(yīng)用最為廣泛。

在網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練中，最重要的三個(gè)參數(shù)是權(quán)值、學(xué)習(xí)率和單元數(shù)。權(quán)值可能變得很大，這會(huì)使神經(jīng)元的輸入變得很大，從而使得其激活函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)在輸入點(diǎn)的取值很小，這樣訓(xùn)練的步長就會(huì)變得非常小，進(jìn)而導(dǎo)致訓(xùn)練的速度下降到很小的程度，最終可能使得網(wǎng)絡(luò)停止收斂，即網(wǎng)絡(luò)癱瘓。因此在對網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)矩陣進(jìn)行初始化時(shí)，隨機(jī)給定各層之間的權(quán)值與閾值的初始值比單純地隨機(jī)給定某一部分層的收斂速度更快。學(xué)習(xí)率的選擇，其合理與否是網(wǎng)絡(luò)是否穩(wěn)定的關(guān)鍵：太高的學(xué)習(xí)率，可以減少網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的時(shí)間，但是容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定與訓(xùn)練誤差的增加；太低的學(xué)習(xí)率，需要較長的訓(xùn)練時(shí)間。在一定的條件下，較少的單元數(shù)目往往能夠提高網(wǎng)絡(luò)的收斂速度，而較多的單元數(shù)目有可能在規(guī)定的訓(xùn)練長度里不能滿足要求。因此，對于參數(shù)數(shù)目的選擇，并沒有一個(gè)固定的模型，往往根據(jù)更多的經(jīng)驗(yàn)成分。

2.1 經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）

經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法EMD[11]是由美國NASA的黃鍔博士提出的一種信號(hào)分析方法。它適合于分析非線性、非平穩(wěn)信號(hào)序列，具有很高的信噪比。該方法的關(guān)鍵是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸猓苁箯?fù)雜信號(hào)分解為有限個(gè)本征模函數(shù)（Intrinsic Mode Function，簡稱IMF），所分解出來的各IMF分量包含了原信號(hào)的不同時(shí)間尺度的局部特征信號(hào)。

EMD是基于以下假設(shè)條件：①數(shù)據(jù)至少有一個(gè)最大值和一個(gè)最小值兩個(gè)極值點(diǎn)；②數(shù)據(jù)極值點(diǎn)間的時(shí)間尺度惟一確定局部時(shí)域特性；③如果數(shù)據(jù)沒有極值點(diǎn)但必須有拐點(diǎn)，通過對數(shù)據(jù)微分一次或多次求得極值，再通過積分來獲得分解結(jié)果。

2.2 數(shù)據(jù)重構(gòu)

對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行EMD分解后，得到有限個(gè)IMF分量。為了降低原始數(shù)據(jù)中的非平穩(wěn)性，需要對得到的各分量進(jìn)行相關(guān)系數(shù)分析，篩選出有用的IMF分量，對其進(jìn)行重構(gòu)，以得到一個(gè)與原始數(shù)據(jù)近似的新數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測實(shí)驗(yàn)。

數(shù)據(jù)重組的方法有多種，本文采用相關(guān)系數(shù)分析法進(jìn)行數(shù)據(jù)的篩選。由于篇幅有限，關(guān)于EMD分解與重構(gòu)的代碼不在本文提供。

2.3 應(yīng)用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對合成數(shù)據(jù)預(yù)測

對于非線性系統(tǒng)，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測有著明顯的優(yōu)勢。但是在復(fù)雜的非線性系統(tǒng)中，非平穩(wěn)因素給預(yù)測帶來了一定的困難。正是因?yàn)镋MD分解降低了各個(gè)分量的平穩(wěn)性[12]，才得到了廣泛應(yīng)用[13-15]。金融數(shù)據(jù)等時(shí)間序列隨著時(shí)間，以及在多種因素的影響下會(huì)隨之改變，所以數(shù)據(jù)本質(zhì)上是非平穩(wěn)的，因此利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對該數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性使得其預(yù)測結(jié)果不是很理想，為了提高預(yù)測精度，我們用EMD方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，以降低其非平穩(wěn)性對預(yù)測精度的影響。然后對分解后的各分量進(jìn)行相關(guān)系數(shù)分析比較，選取有用的IMF分量，進(jìn)行數(shù)據(jù)的合成，從而得到一個(gè)與原始數(shù)據(jù)近似的新數(shù)據(jù)。將重組后的擬合數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測。預(yù)測過程如圖1所示。

3 應(yīng)用實(shí)例和分析

3.1 股票數(shù)據(jù)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練

將中國石化股票從2011年6月至2011年12月共130天的股票價(jià)格數(shù)據(jù)進(jìn)行樣本劃分。用前60天的數(shù)據(jù)來預(yù)測后5天的數(shù)據(jù)，作為網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練集。選取剩下的60天數(shù)據(jù)預(yù)測最后的5天，作為測試集。

3.3 數(shù)據(jù)合成及預(yù)測

本文對中國石化股票數(shù)據(jù)（圖3）進(jìn)行EMD分解后得到4個(gè)IMF分量和1個(gè)剩余分量。對4個(gè)分量分別進(jìn)行與剩余分量的相關(guān)系數(shù)分析。分析結(jié)果表明，IMF3和IMF4相關(guān)性較大，并與剩余分量的相關(guān)性也較大（相關(guān)門限值選取0.3）。所以選取IMF3和IMF4兩個(gè)分量與剩余分量進(jìn)行重構(gòu)，得到與原始數(shù)據(jù)近似的較平滑的新數(shù)據(jù)如圖9所示。

經(jīng)過比較可知，對于具有非平穩(wěn)強(qiáng)烈的股票時(shí)間序列的預(yù)測，基于EMD的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測要比直接BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測更為準(zhǔn)確。

對于非平穩(wěn)的時(shí)間序列，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測有著明顯的優(yōu)勢，但是對于影響因素復(fù)雜的非平穩(wěn)數(shù)據(jù)，多種因素的干擾給預(yù)測帶來了一定的困難。EMD分解分離了各個(gè)不同因素的相互干擾，通過對各分量單獨(dú)預(yù)測再合成的處理，從而提高了預(yù)測精度。從表1可以看出最終的預(yù)測誤差經(jīng)過EMD分解的信號(hào)要精確于直接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測。從圖4中可以看出影響信號(hào)平穩(wěn)性程度最大的是IMF1，如果再對其進(jìn)行分解處理，整個(gè)系統(tǒng)的預(yù)測精度會(huì)得到更大的改善。

4 結(jié)束語

對于非平穩(wěn)的時(shí)間序列，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測有著明顯的優(yōu)勢，但是對于影響因素復(fù)雜的非平穩(wěn)數(shù)據(jù)，多種因素的干擾給預(yù)測帶來了一定的困難。EMD分解分離了各個(gè)不同因素的相互干擾，通過對各分量分析再合成的處理，提高了預(yù)測精度。目前EMD方法主要用于模擬信號(hào)和大氣數(shù)據(jù)分析[13-15]，用于金融數(shù)據(jù)預(yù)測還較為少見。本文將其與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，構(gòu)建了EMD-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型。從本文的預(yù)測過程和仿真結(jié)果可以看到，利用EMD分解的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測優(yōu)于直接BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測，相比其精確度有了明顯的提高。

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