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神经网络构建.ppt

上传人:文库新人 2022/2/11 文件大小:1.08 MB

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神经网络构建.ppt

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文档介绍

文档介绍:神经网络构建
第1页,本讲稿共20页
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。若输入变量较多,一般可通过主成份分析方法压减输入变量,也可根据剔除某一变量引起的系统误差与原系国外被称为“艺术创造的过程”,是一个复杂而又十分烦琐和困难的过程。
神经网络的训练
训练
第8页,本讲稿共20页
由于BP网络采用误差反传算法,其实质是一个无约束的非线性最优化计算过程,在网络结构较大时不仅计算时间长,而且很容易限入局部极小点而得不到最优结果。目前虽已有改进BP法、遗传算法(GA)和模拟退火算法等多种优化方法用于BP网络的训练(这些方法从原理上讲可通过调整某些参数求得全局极小点),但在应用中,这些参数的调整往往因问题不同而异,较难求得全局极小点。这些方法中应用最广的是增加了冲量(动量)项的改进BP算法。
第9页,本讲稿共20页
学****率影响系统学****过程的稳定性。大的学****率可能使网络权值每一次的修正量过大,甚至会导致权值在修正过程中超出某个误差的极小值呈不规则跳跃而不收敛;但过小的学****率导致学****时间过长,不过能保证收敛于某个极小值。所以,一般倾向选取较小的学****率以保证学****过程的收敛性(稳定性),~。
增加冲量项的目的是为了避免网络训练陷于较浅的局部极小点。理论上其值大小应与权值修正量的大小有关,但实际应用中一般取常量。通常在0~1之间,而且一般比学****率要大。
学****率和冲量系数
第10页,本讲稿共20页
4 网络的初始连接权值
BP算法决定了误差函数一般存在(很)多个局部极小点,不同的网络初始权值直接决定了BP算法收敛于哪个局部极小点或是全局极小点。因此,要求计算程序(建议采用标准通用软件,如Statsoft公司出品的Statistica Neural Networks软件和Matlab 软件)必须能够自由改变网络初始连接权值。由于Sigmoid转换函数的特性,一般要求初始权值分布在-~。
第11页,本讲稿共20页
训练神经网络的首要和根本任务是确保训练好的网络模型对非训练样本具有好的泛化能力(推广性),即有效逼近样本蕴含的内在规律,而不是看网络模型对训练样本的拟合能力。从存在性结论可知,即使每个训练样本的误差都很小(可以为零),并不意味着建立的模型已逼近训练样本所蕴含的规律。因此,仅给出训练样本误差(通常是指均方根误差RSME或均方误差、AAE或MAPE等)的大小而不给出非训练样本误差的大小是没有任何意义的。
网络模型的性能和泛化能力
第12页,本讲稿共20页
要分析建立的网络模型对样本所蕴含的规律的逼近情况(能力),即泛化能力,应该也必须用非训练样本(本文称为检验样本和测试样本)误差的大小来表示和评价,这也是之所以必须将总样本分成训练样本和非训练样本而绝不能将全部样本用于网络训练的主要原因之一。判断建立的模型是否已有效逼近样本所蕴含的规律,最直接和客观的指标是从总样本中随机抽取的非训练样本(检验样本和测试样本)误差是否和训练样本的误差一样小或稍大。非训练样本误差很接近训练样本误差或比其小,一般可认为建立的网络模型已有效逼近训练样本所蕴含的规律,否则,若相差很多(如几倍、几十倍甚至上千倍)就说明建立的网络模型并没有有效逼近训练样本所蕴含的规律,而只是在这些训练样本点上逼近而已,而建立的网络模型是对训练样本所蕴含规律的错误反映。
第13页,本讲稿共20页
对同一结构的网络,由于BP算法存在(很)多个局部极小点,因此,必须通过多次(通常是几十次)改变网络初始连接权值求得相应的极小点,才能通过比较这些极小点的网络误差的大小,确定全局极小点,从而得到该网络结构的最佳网络连接权值。必须注意的是,神经网络的训练过程本质上是求非线性函数的极小点问题,因此,在全局极小点邻域内(即使网络误差相同),各个网络连接权值也可能有较大的差异,这有时也会使各个输入变量的重要性发生变化,但这与具有多个零极小点(一般称为多模式现象)(如训练样本数少于连接权数时)的情况是截然不同的。此外,在不满足隐层节点数条件时,总也可以求得训练样本误差很小或为零的极小点,但此时检验样本和测试样本的误差可能要大得多;若改变网络连接权初始值,检验样本和测试样本的网络计算结果会产生很大变化,即多模式现象。
合理网络模型的确定
第14页,本讲稿共20页
对于不同的网络结构,网络模型的误差或性能和泛化能力也不一样。因此,还必须比较不同网络结构的模型的优劣。一般地,随着网络结构的变大,误差变小。通常,在网络结构扩大(隐层节点数增加)的过程中,网络误差会出现迅速减小然后趋于稳定的一个阶段,因此,