Neural-Network-Introduction神经网络介绍大学毕业论文外文文献翻译及原文

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文献、资料中文题目:神经网络介绍

文献、资料英文题目:Neural Network Introduction

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翻译日期:2017.02.14

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注:节选自Neural Network Introduction神经网络介绍,绪论。

History

The history of artificial neural networks is filled with colorful, creative individuals from many different fields, many of whom struggled for decades to develop concepts that we now take for granted. This history has been documented by various authors. One particularly interesting book is Neurocomputing: Foundations of Research by John Anderson and Edward Rosenfeld. They have collected and edited a set of some 43 papers of special historical interest. Each paper is preceded by an introduction that puts the paper in historical perspective.

Histories of some of the main neural network contributors are included at the beginning of various chapters throughout this text and will not be repeated here. However, it seems appropriate to give a brief overview, a sample of the major developments.

At least two ingredients are necessary for the advancement of a technology: concept and implementation. First, one must have a concept, a way of thinking about a topic, some view of it that gives clarity not there before. This may involve a simple idea, or it may be more specific and include a mathematical description. To illustrate this point, consider the history of the heart. It was thought to be, at various times, the center of the soul or a source of heat. In the 17th century medical practitioners finally began to view the heart as a pump, and they designed experiments to study its pumping action. These experiments revolutionized our view of the circulatory system. Without the pump concept, an understanding of the heart was out of grasp.

Concepts and their accompanying mathematics are not sufficient for a technology to mature unless there is some way to implement the system. For instance, the mathematics necessary for the reconstruction of images from computer-aided topography (CAT) scans was known many years before the availability of high-speed computers and efficient algorithms finally made it practical to implement a useful CAT system.

The history of neural networks has progressed through both conceptual innovations and implementation developments. These advancements, however, seem to have occurred in fits and starts rather than by steady evolution.

Some of the background work for the field of neural networks occurred in the late 19th and early 20th centuries. This consisted primarily of interdisciplinary work in physics, psychology and neurophysiology by such scientists as Hermann von Helmholtz, Ernst Much and Ivan Pavlov. This early work emphasized general theories of learning, vision, conditioning, etc.,and did not include specific mathematical models of neuron operation.

The modern view of neural networks began in the 1940s with the work of Warren McCulloch and Walter Pitts [McPi43], who showed that networks of artificial neurons could, in principle, compute any arithmetic or logical function. Their work is often acknowledged as the origin of the

neural network field.

McCulloch and Pitts were followed by Donald Hebb [Hebb49], who proposed that classical conditioning (as discovered by Pavlov) is present because of the properties of individual neurons. He proposed a mechanism for learning in biological neurons.

The first practical application of artificial neural networks came in the late 1950s, with the invention of the perception network and associated learning rule by Frank Rosenblatt [Rose58]. Rosenblatt and his colleagues built a perception network and demonstrated its ability to perform pattern recognition. This early success generated a great deal of interest in neural network research. Unfortunately, it was later shown that the basic perception network could solve only a limited class of problems. (See Chapter 4 for more on Rosenblatt and the perception learning rule.)

At about the same time, Bernard Widrow and Ted Hoff [WiHo60] introduced a new learning algorithm and used it to train adaptive linear neural networks, which were similar in structure and capability to Rosenblatt’s perception. The Widrow Hoff learning rule is still in use today. (See Chapter 10 for more on Widrow-Hoff learning.) Unfortunately, both Rosenblatt's and Widrow's networks suffered from the same inherent limitations, which were widely publicized in a book by Marvin Minsky and Seymour Papert [MiPa69]. Rosenblatt and Widrow were

aware of these limitations and proposed new networks that would overcome them. However, they were not able to successfully modify their learning algorithms to train the more complex networks.

Many people, influenced by Minsky and Papert, believed that further research on neural networks was a dead end. This, combined with the fact that there were no powerful digital computers on which to experiment,

caused many researchers to leave the field. For a decade neural network research was largely suspended. Some important work, however, did continue during the 1970s. In 1972 Teuvo Kohonen [Koho72] and James Anderson [Ande72] independently and separately developed new neural networks that could act as memories. Stephen Grossberg [Gros76] was also very active during this period in the investigation of self-organizing networks.

Interest in neural networks had faltered during the late 1960s because of the lack of new ideas and powerful computers with which to experiment. During the 1980s both of these impediments were overcome, and research

in neural networks increased dramatically. New personal computers and workstations, which rapidly grew in capability, became widely available. In addition, important new concepts were introduced.

Two new concepts were most responsible for the rebirth of neural net works. The first was the use of statistical mechanics to explain the operation of a certain class of recurrent network, which could be used as an associative memory. This was described in a seminal paper by physicist John Hopfield [Hopf82].

The second key development of the 1980s was the backpropagation algo rithm for training multilayer perceptron networks, which was discovered independently by several different researchers. The most influential publication of the backpropagation algorithm was by David Rumelhart and James McClelland [RuMc86]. This algorithm was the answer to the criticisms Minsky and Papert had made in the 1960s. (See Chapters 11 and 12 for a development of the backpropagation algorithm.)

These new developments reinvigorated the field of neural networks. In the last ten years, thousands of papers have been written, and neural networks have found many applications. The field is buzzing with new theoretical and practical work. As noted below, it is not clear where all of this will lead US.

The brief historical account given above is not intended to identify all of the major contributors, but is simply to give the reader some feel for how knowledge in the neural

network field has progressed. As one might note, the progress has not always been "slow but sure." There have been periods of dramatic progress and periods when relatively little has been accomplished.

Many of the advances in neural networks have had to do with new concepts, such as innovative architectures and training. Just as important has been the availability of powerful new computers on which to test these new concepts.

Well, so much for the history of neural networks to this date. The real question is, "What will happen in the next ten to twenty years?" Will neural networks take a permanent place as a mathematical/engineering tool, or will they fade away as have so many promising technologies? At present, the answer seems to be that neural networks will not only have their day but will have a permanent place, not as a solution to every problem, but as a tool to be used in appropriate situations. In addition, remember that we still know very little about how the brain works. The most important advances in neural networks almost certainly lie in the future.

Although it is difficult to predict the future success of neural networks, the large number and wide variety of applications of this new technology are very encouraging. The next section describes some of these applications.

Applications

A recent newspaper article described the use of neural networks in literature research by Aston University. It stated that "the network can be taught to recognize individual writing styles, and the researchers used it to compare works attributed to Shakespeare and his contemporaries." A popular science television program recently documented the use of neural networks by an Italian research institute to test the purity of olive oil. These examples are indicative of the broad range of applications that can be found for neural networks. The applications are expanding because neural networks are good at solving problems, not just in engineering, science and mathematics, but m medicine, business, finance and literature as well. Their application to a wide variety of problems in many fields makes them very attractive. Also, faster computers and faster algorithms have made it possible to use neural networks to solve complex industrial problems that formerly required too much computation.

The following note and Table of Neural Network Applications are reproduced here from the Neural Network Toolbox for MATLAB with the permission of the Math Works, Inc.

The 1988 DARPA Neural Network Study [DARP88] lists various neural network applications, beginning with the adaptive channel equalizer in about 1984. This device, which is an outstanding commercial success, is a single-neuron network used in long distance telephone systems to stabilize voice signals. The DARPA report goes on to list other commercial applications, including a small word recognizer, a process monitor, a sonar classifier and a risk analysis system.

Neural networks have been applied in many fields since the DARPA report was written. A list of some applications mentioned in the literature follows.

Aerospace

High performance aircraft autopilots, flight path simulations, aircraft control systems, autopilot enhancements, aircraft component simulations, aircraft component fault detectors

Automotive

Automobile automatic guidance systems, warranty activity analyzers

Banking

Check and other document readers, credit application evaluators

Defense

Weapon steering, target tracking, object discrimination, facial recognition, new kinds of sensors, sonar, radar and image signal processing including data compression, feature extraction and noise suppression, signal/image identification

Electronics

Code sequence prediction, integrated circuit chip layout, process control, chip failure analysis, machine vision, voice synthesis, nonlinear modeling

Entertainment

Animation, special effects, market forecasting

神经网络的应用及其发展

神经网络的应用及其发展 [摘要] 该文介绍了神经网络的发展、优点及其应用和发展动向,着重论述了神经网络目前的几个研究热点,即神经网络与遗传算法、灰色系统、专家系统、模糊控制、小波分析的结合。 [关键词]遗传算法灰色系统专家系统模糊控制小波分析 一、前言 神经网络最早的研究20世纪40年代心理学家Mcculloch和数学家Pitts合作提出的,他们提出的MP模型拉开了神经网络研究的序幕。神经网络的发展大致经过三个阶段:1947~1969年为初期,在这期间科学家们提出了许多神经元模型和学习规则,如MP模型、HEBB学习规则和感知器等;1970~1986年为过渡期,这个期间神经网络研究经过了一个低潮,继续发展。在此期间,科学家们做了大量的工作,如Hopfield教授对网络引入能量函数的概念,给出了网络的稳定性判据,提出了用于联想记忆和优化计算的途径。1984年,Hiton教授提出Boltzman机模型。1986年Kumelhart等人提出误差反向传播神经网络,简称BP 网络。目前,BP网络已成为广泛使用的网络;1987年至今为发展期,在此期间,神经网络受到国际重视,各个国家都展开研究,形成神经网络发展的另一个高潮。神经网络具有以下优点: (1) 具有很强的鲁棒性和容错性,因为信息是分布贮于网络内的神经元中。 (2) 并行处理方法,使得计算快速。 (3) 自学习、自组织、自适应性,使得网络可以处理不确定或不知道的系统。 (4) 可以充分逼近任意复杂的非线性关系。 (5) 具有很强的信息综合能力,能同时处理定量和定性的信息,能很好地协调多种输入信息关系,适用于多信息融合和多媒体技术。 二、神经网络应用现状 神经网络以其独特的结构和处理信息的方法,在许多实际应用领域中取得了显著的成效,主要应用如下: (1) 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。

人工神经网络原理及实际应用

人工神经网络原理及实际应用 摘要:本文就主要讲述一下神经网络的基本原理,特别是BP神经网络原理,以及它在实际工程中的应用。 关键词:神经网络、BP算法、鲁棒自适应控制、Smith-PID 本世纪初,科学家们就一直探究大脑构筑函数和思维运行机理。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。1943年Macullocu和Pitts融合了生物物理学和数学提出了第一个神经元模型。从这以后,人工神经网络经历了发展,停滞,再发展的过程,时至今日发展正走向成熟,在广泛领域得到了令人鼓舞的应用成果。本文就主要讲述一下神经网络的原理,特别是BP神经网络原理,以及它在实际中的应用。 1.神经网络的基本原理 因为人工神经网络是模拟人和动物的神经网络的某种结构和功能的模拟,所以要了解神经网络的工作原理,所以我们首先要了解生物神经元。其结构如下图所示: 从上图可看出生物神经元它包括,细胞体:由细胞核、细胞质与细胞膜组成;

轴突:是从细胞体向外伸出的细长部分,也就是神经纤维。轴突是神经细胞的输出端,通过它向外传出神经冲动;树突:是细胞体向外伸出的许多较短的树枝状分支。它们是细胞的输入端,接受来自其它神经元的冲动;突触:神经元之间相互连接的地方,既是神经末梢与树突相接触的交界面。 对于从同一树突先后传入的神经冲动,以及同一时间从不同树突输入的神经冲动,神经细胞均可加以综合处理,处理的结果可使细胞膜电位升高;当膜电位升高到一阀值(约40mV),细胞进入兴奋状态,产生神经冲动,并由轴突输出神经冲动;当输入的冲动减小,综合处理的结果使膜电位下降,当下降到阀值时。细胞进入抑制状态,此时无神经冲动输出。“兴奋”和“抑制”,神经细胞必呈其一。 突触界面具有脉冲/电位信号转换功能,即类似于D/A转换功能。沿轴突和树突传递的是等幅、恒宽、编码的离散电脉冲信号。细胞中膜电位是连续的模拟量。 神经冲动信号的传导速度在1~150m/s之间,随纤维的粗细,髓鞘的有无而不同。 神经细胞的重要特点是具有学习功能并有遗忘和疲劳效应。总之,随着对生物神经元的深入研究,揭示出神经元不是简单的双稳逻辑元件而是微型生物信息处理机制和控制机。 而神经网络的基本原理也就是对生物神经元进行尽可能的模拟,当然,以目前的理论水平,制造水平,和应用水平,还与人脑神经网络的有着很大的差别,它只是对人脑神经网络有选择的,单一的,简化的构造和性能模拟,从而形成了不同功能的,多种类型的,不同层次的神经网络模型。 2.BP神经网络 目前,再这一基本原理上已发展了几十种神经网络,例如Hopficld模型,Feldmann等的连接型网络模型,Hinton等的玻尔茨曼机模型,以及Rumelhart 等的多层感知机模型和Kohonen的自组织网络模型等等。在这众多神经网络模型中,应用最广泛的是多层感知机神经网络。 这里我们重点的讲述一下BP神经网络。多层感知机神经网络的研究始于50年代,但一直进展不大。直到1985年,Rumelhart等人提出了误差反向传递学习算法(即BP算),实现了Minsky的多层网络设想,其网络模型如下图所示。它可以分为输入层,影层(也叫中间层),和输出层,其中中间层可以是一层,也可以多层,看实际情况而定。

人工神经网络BP算法简介及应用概要

科技信息 2011年第 3期 SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 人工神经网络是模仿生理神经网络的结构和功能而设计的一种信息处理系统。大量的人工神经元以一定的规则连接成神经网络 , 神经元之间的连接及各连接权值的分布用来表示特定的信息。神经网络分布式存储信息 , 具有很高的容错性。每个神经元都可以独立的运算和处理接收到的信息并输出结果 , 网络具有并行运算能力 , 实时性非常强。神经网络对信息的处理具有自组织、自学习的特点 , 便于联想、综合和推广。神经网络以其优越的性能应用在人工智能、计算机科学、模式识别、控制工程、信号处理、联想记忆等极其广泛的领域。 1986年 D.Rumelhart 和 J.McCelland [1]等发展了多层网络的 BP 算法 , 使BP 网络成为目前应用最广的神经网络。 1BP 网络原理及学习方法 BP(BackPropagation 网络是一种按照误差反向传播算法训练的多层前馈神经网络。基于 BP 算法的二层网络结构如图 1所示 , 包括输入层、一个隐层和输出层 , 三者都是由神经元组成的。输入层各神经元负责接收并传递外部信息 ; 中间层负责信息处理和变换 ; 输出层向 外界输出信息处理结果。神经网络工作时 , 信息从输入层经隐层流向输出层 (信息正向传播 , 若现行输出与期望相同 , 则训练结束 ; 否则 , 误差反向进入网络 (误差反向传播。将输出与期望的误差信号按照原连接通路反向计算 , 修改各层权值和阈值 , 逐次向输入层传播。信息正向传播与误差反向传播反复交替 , 网络得到了记忆训练 , 当网络的全局误差小于给定的误差值后学习终止 , 即可得到收敛的网络和相应稳定的权值。网络学习过程实际就是建立输入模式到输出模式的一个映射 , 也就是建立一个输入与输出关系的数学模型 :

人工神经网络的发展及应用

人工神经网络的发展与应用 神经网络发展 启蒙时期 启蒙时期开始于1980年美国著名心理学家W.James关于人脑结构与功能的研究,结束于1969年Minsky和Pape~发表的《感知器》(Perceptron)一书。早在1943年,心理学家McCulloch和数学家Pitts合作提出了形式神经元的数学模型(即M—P模型),该模型把神经细胞的动作描述为:1神经元的活动表现为兴奋或抑制的二值变化;2任何兴奋性突触有输入激励后,使神经元兴奋与神经元先前的动作状态无关;3任何抑制性突触有输入激励后,使神经元抑制;4突触的值不随时间改变;5突触从感知输入到传送出一个输出脉冲的延迟时问是0.5ms。可见,M—P模型是用逻辑的数学工具研究客观世界的事件在形式神经网络中的表述。现在来看M—P 模型尽管过于简单,而且其观点也并非完全正确,但是其理论有一定的贡献。因此,M—P模型被认为开创了神经科学理论研究的新时代。1949年,心理学家D.0.Hebb 提出了神经元之间突触联系强度可变的假设,并据此提出神经元的学习规则——Hebb规则,为神经网络的学习算法奠定了基础。1957年,计算机学家FrankRosenblatt提出了一种具有三层网络特性的神经网络结构,称为“感知器”(Perceptron),它是由阈值性神经元组成,试图模拟动物和人脑的感知学习能力,Rosenblatt认为信息被包含在相互连接或联合之中,而不是反映在拓扑结构的表示法中;另外,对于如何存储影响认知和行为的信息问题,他认为,存储的信息在神经网络系统内开始形成新的连接或传递链路后,新 的刺激将会通过这些新建立的链路自动地激活适当的响应部分,而不是要求任何识别或坚定他们的过程。1962年Widrow提出了自适应线性元件(Ada—line),它是连续取值的线性网络,主要用于自适应信号处理和自适应控制。 低潮期 人工智能的创始人之一Minkey和pape~经过数年研究,对以感知器为代表的网络系统的功能及其局限性从数学上做了深入的研究,于1969年出版了很有影响的《Perceptron)一书,该书提出了感知器不可能实现复杂的逻辑函数,这对当时的人工神经网络研究产生了极大的负面影响,从而使神经网络研究处于低潮时期。引起低潮的更重要的原因是:20世纪7O年代以来集成电路和微电子技术的迅猛发展,使传统的冯·诺伊曼型计算机进入发展的全盛时期,因此暂时掩盖了发展新型计算机和寻求新的神经网络的必要性和迫切性。但是在此时期,波士顿大学的S.Grossberg教授和赫尔辛基大学的Koho—nen教授,仍致力于神经网络的研究,分别提出了自适应共振理论(Adaptive Resonance Theory)和自组织特征映射模型(SOM)。以上开创性的研究成果和工作虽然未能引起当时人们的普遍重视,但其科学价值却不可磨灭,它们为神经网络的进一步发展奠定了基础。 复兴时期 20世纪80年代以来,由于以逻辑推理为基础的人工智能理论和冯·诺伊曼型计算机在处理诸如视觉、听觉、联想记忆等智能信息处理问题上受到挫折,促使人们

循环神经网络(RNN, Recurrent Neural Networks)介绍

循环神经网络(RNN, Recurrent Neural Networks)介绍 标签:递归神经网络RNN神经网络LSTMCW-RNN 2015-09-23 13:24 25873人阅读评论(13) 收藏举报分类: 数据挖掘与机器学习(23) 版权声明:未经许可, 不能转载 目录(?)[+]循环神经网络(RNN, Recurrent Neural Networks)介绍 这篇文章很多内容是参考: https://www.360docs.net/doc/237040258.html,/2015/09/recurrent-neural-networks-tutorial-part-1-introd uction-to-rnns/,在这篇文章中,加入了一些新的内容与一些自己的理解。 循环神经网络(Recurrent Neural Networks,RNNs)已经在众多自然语言处理(Natural Language Processing, NLP)中取得了巨大成功以及广泛应用。但是,目前网上与RNNs有关的学习资料很少,因此该系列便是介绍RNNs的原理以及如何实现。主要分成以下几个部分对RNNs进行介绍: 1. RNNs的基本介绍以及一些常见的RNNs(本文内容); 2. 详细介绍RNNs中一些经常使用的训练算法,如Back Propagation Through Time(BPTT)、Real-time Recurrent Learning(RTRL)、Extended Kalman Filter(EKF)等学习算法,以及梯度消失问题(vanishing gradient problem) 3. 详细介绍Long Short-Term Memory(LSTM,长短时记忆网络);

人工神经网络题库

人工神经网络 系别:计算机工程系 班级: 1120543 班 学号: 13 号 姓名: 日期:2014年10月23日

人工神经网络 摘要: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。神经网络是一种运算模型,由大量的节点(或称神经元)之间相互联接构成,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。 关键词:神经元;神经网络;人工神经网络;智能; 引言 人工神经网络的构筑理念是受到生物(人或其他动物)神经网络功能的运作启发而产生的。人工神经网络通常是通过一个基于数学统计学类型的学习方法(Learning Method )得以优化,所以人工神经网络也是数学统计学方法的一种实际应用,通过统计学的标准数学方法我们能够得到大量的可以用函数来表达的局部结构空间,另一方面在人工智能学的人工感知领域,我们通过数学统计学的应用可以来做人工感知方面的决定问题(也就是说通过统计学的方法,人工神经网络能够类似人一样具有简单的决定能力和简单的判断能力),这种方法比起正式的逻辑学推理演算更具有优势。 一、人工神经网络的基本原理 1-1神经细胞以及人工神经元的组成 神经系统的基本构造单元是神经细胞,也称神经元。它和人体中其他细胞的关键区别在于具有产生、处理和传递信号的功能。每个神经元都包括三个主要部分:细胞体、树突和轴突。树突的作用是向四方收集由其他神经细胞传来的信息,轴突的功能是传出从细胞体送来的信息。每个神经细胞所产生和传递的基本信息是兴奋或抑制。在两个神经细胞之间的相互接触点称为突触。简单神经元网络及其简化结构如图2-2所示。 从信息的传递过程来看,一个神经细胞的树突,在突触处从其他神经细胞接受信号。 这些信号可能是兴奋性的,也可能是抑制性的。所有树突接受到的信号都传到细胞体进行综合处理,如果在一个时间间隔内,某一细胞接受到的兴奋性信号量足够大,以致于使该细胞被激活,而产生一个脉冲信号。这个信号将沿着该细胞的轴突传送出去,并通过突触传给其他神经细胞.神经细胞通过突触的联接形成神经网络。 图1-1简单神经元网络及其简化结构图 (1)细胞体 (2)树突 (3)轴突 (4)突触

多层循环神经网络在动作识别中的应用

Computer Science and Application 计算机科学与应用, 2020, 10(6), 1277-1285 Published Online June 2020 in Hans. https://www.360docs.net/doc/237040258.html,/journal/csa https://https://www.360docs.net/doc/237040258.html,/10.12677/csa.2020.106132 Multilayer Recurrent Neural Network for Action Recognition Wei Du North China University of Technology, Beijing Received: Jun. 8th, 2020; accepted: Jun. 21st, 2020; published: Jun. 28th, 2020 Abstract Human action recognition is a research hotspot of computer vision. In this paper, we introduce an object detection model to typical two-stream network and propose an action recognition model based on multilayer recurrent neural network. Our model uses three-dimensional pyramid di-lated convolution network to process serial video images, and combines with Long Short-Term Memory Network to provide a pyramid convolutional Long Short-Term Memory Network that can analyze human actions in real-time. This paper uses five kinds of human actions from NTU RGB + D action recognition datasets, such as brush hair, sit down, stand up, hand waving, falling down. The experimental results show that our model has good accuracy and real-time in the aspect of monitoring video processing due to using dilated convolution and obviously reduces parameters. Keywords Action Recognition, Dilated Convolution, Long Short-Term Memory Network, Deep Learning 多层循环神经网络在动作识别中的应用 杜溦 北方工业大学,北京 收稿日期:2020年6月8日;录用日期:2020年6月21日;发布日期:2020年6月28日 摘要 人体动作识别是目前计算机视觉的一个研究热点。本文在传统双流法的基础上,引入目标识别网络,提出了一种基于多层循环神经网络的人体动作识别算法。该算法利用三维扩张卷积金字塔处理连续视频图

神经网络简介abstract( 英文的)

Abstract: Artificial Neural Network is a math model which is applied to process information of the structure which is similar to Brain synaptic connection in a distributed and parallel way. Artificial Neural Network is a computing model, and it contains of many neurons and the connection of the neurons. Every neuron represents a special output function which is called activation function. The connection of neurons represents a weighted value of the connection’s signal. Neuron is a basic and essential part of Artificial Neural Network, and it includes the sum of weighted value, single-input single-output (SISO) system and nonlinear function mapping. The element of neuron can represent different thing, such as feature, alphabet, conception and some meaningful abstract pattern. In the network, the style of neuron’s element divided into three categories: input element, output element and hidden element. The input element accepts the signal and data of outer world; the output element processes result output for system; the hidden element cannot find by outer world, it between input element and output element. The weighted value represents the strength of connection between neurons. Artificial Neural Network adopted the mechanisms that completely different from traditional artificial intelligence and information processing technology. It conquers the flaw of traditional artificial intelligence in Intuitive handling and unstructured information processing aspect. It is adaptive, self-organized and learning timely, and widely used in schematic identification signal processing.

几种神经网络模型及其应用

几种神经网络模型及其应用 摘要:本文介绍了径向基网络,支撑矢量机,小波神经网络,反馈神经网络这几种神经网络结构的基本概念与特点,并对它们在科研方面的具体应用做了一些介绍。 关键词:神经网络径向基网络支撑矢量机小波神经网络反馈神经网络Several neural network models and their application Abstract: This paper introduced the RBF networks, support vector machines, wavelet neural networks, feedback neural networks with their concepts and features, as well as their applications in scientific research field. Key words: neural networks RBF networks support vector machines wavelet neural networks feedback neural networks 2 引言 随着对神经网络理论的不断深入研究,其应用目前已经渗透到各个领域。并在智能控制,模式识别,计算机视觉,自适应滤波和信号处理,非线性优化,语音识别,传感技术与机器人,生物医学工程等方面取得了令人吃惊的成绩。本文介绍几种典型的神经网络,径向基神经网络,支撑矢量机,小波神经网络和反馈神经网络的概念及它们在科研中的一些具体应用。 1. 径向基网络 1.1 径向基网络的概念 径向基的理论最早由Hardy,Harder和Desmarais 等人提出。径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络,它的输出与连接权之间呈线性关系,因此可采用保证全局收敛的线性优化算法。径向基神经网络(RBFNN)是 3 层单元的神经网络,它是一种静态的神经网络,与函数逼近理论相吻合并且具有唯一的最佳逼近点。由于其结构简单且神经元的敏感区较小,因此可以广泛地应用于非线性函数的局部逼近中。主要影响其网络性能的参数有3 个:输出层权值向量,隐层神经元的中心以及隐层神经元的宽度(方差)。一般径向基网络的学习总是从网络的权值入手,然后逐步调整网络的其它参数,由于权值与神经元中心及宽度有着直接关系,一旦权值确定,其它两个参数的调整就相对困难。 其一般结构如下: 如图 1 所示,该网络由三层构成,各层含义如下: 第一层:输入层:输入层神经元只起连接作用。 第二层:隐含层:隐含层神经元的变换函数为高斯核. 第三层:输出层:它对输入模式的作用做出响应. 图 1. 径向基神经网络拓扑结构 其数学模型通常如下: 设网络的输入为x = ( x1 , x2 , ?, xH ) T,输入层神经元至隐含层第j 个神经元的中心矢 为vj = ( v1 j , v2 j , ?, vIj ) T (1 ≤j ≤H),隐含层第j 个神经元对应输入x的状态为:zj = φ= ‖x - vj ‖= exp Σx1 - vij ) 2 / (2σ2j ) ,其中σ(1≤j ≤H)为隐含层第j个神

神经网络应用实例

神经网络 在石灰窑炉的建模与控制中的应用神经网络应用广泛,尤其在系统建模与控制方面,都有很好应用。下面简要介绍神经网络在石灰窑炉的建模与控制中的应用,以便更具体地了解神经网络在实际应用中的具体问题和应用效果。 1 石灰窑炉的生产过程和数学模型 石灰窑炉是造纸厂中一个回收设备,它可以使生产过程中所用的化工原料循环使用,从而降低生产成本并减少环境污染。其工作原理和过程如图1所示,它是一个长长的金属圆柱体,其轴线和水平面稍稍倾斜,并能绕轴线旋转,所以又 CaCO(碳酸钙)泥桨由左端输入迴转窑,称为迴转窑。含有大约30%水分的 3 由于窑的坡度和旋转作用,泥桨在炉内从左向右慢慢下滑。而燃料油和空气由右端喷入燃烧,形成气流由右向左流动,以使泥桨干燥、加热并发生分解反应。迴转窑从左到右可分为干燥段、加热段、煅烧段和泠却段。最终生成的石灰由右端输出,而废气由左端排出。 图1石灰窑炉示意图 这是一个连续的生产过程,原料和燃料不断输入,而产品和废气不断输出。在生产过程中首先要保证产品质量,包括CaO的含量、粒度和多孔性等指标,因此必须使炉内有合适的温度分布,温度太低碳酸钙不能完全分解,会残留在产品中,温度过高又会造成生灰的多孔性能不好,费燃料又易损坏窑壁。但是在生产过程中原料成分、含水量、进料速度、燃油成分和炉窑转速等生产条件经常会发生变化,而且有些量和变化是无法实时量测的。在这种条件下,要做到稳定生产、高质量、低消耗和低污染,对自动控制提出了很高的要求。 以前曾有人分析窑炉内发生的物理-化学变化,并根据传热和传质过程来建立窑炉的数学模型,认为窑炉是一个分布参数的非线性动态系统,可以用二组偏

人工神经网络及其应用实例_毕业论文

人工神经网络及其应用实例人工神经网络是在现代神经科学研究成果基础上提出的一种抽 象数学模型,它以某种简化、抽象和模拟的方式,反映了大脑功能的 若干基本特征,但并非其逼真的描写。 人工神经网络可概括定义为:由大量简单元件广泛互连而成的复 杂网络系统。所谓简单元件,即人工神经元,是指它可用电子元件、 光学元件等模拟,仅起简单的输入输出变换y = σ (x)的作用。下图是 3 中常用的元件类型: 线性元件:y = 0.3x,可用线性代数法分析,但是功能有限,现在已不太常用。 2 1.5 1 0.5 -0.5 -1 -1.5 -2 -6 -4 -2 0 2 4 6 连续型非线性元件:y = tanh(x),便于解析性计算及器件模拟,是当前研究的主要元件之一。

离散型非线性元件: y = ? 2 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2 -6 -4 -2 2 4 6 ?1, x ≥ 0 ?-1, x < 0 ,便于理论分析及阈值逻辑器件 实现,也是当前研究的主要元件之一。 2 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2 -6 -4 -2 2 4 6

每一神经元有许多输入、输出键,各神经元之间以连接键(又称 突触)相连,它决定神经元之间的连接强度(突触强度)和性质(兴 奋或抑制),即决定神经元间相互作用的强弱和正负,共有三种类型: 兴奋型连接、抑制型连接、无连接。这样,N个神经元(一般N很大)构成一个相互影响的复杂网络系统,通过调整网络参数,可使人工神 经网络具有所需要的特定功能,即学习、训练或自组织过程。一个简 单的人工神经网络结构图如下所示: 上图中,左侧为输入层(输入层的神经元个数由输入的维度决定),右侧为输出层(输出层的神经元个数由输出的维度决定),输入层与 输出层之间即为隐层。 输入层节点上的神经元接收外部环境的输入模式,并由它传递给 相连隐层上的各个神经元。隐层是神经元网络的内部处理层,这些神 经元在网络内部构成中间层,不直接与外部输入、输出打交道。人工 神经网络所具有的模式变换能力主要体现在隐层的神经元上。输出层 用于产生神经网络的输出模式。 多层神经网络结构中有代表性的有前向网络(BP网络)模型、

BP神经网络模型简介及相关优化案例

华东理工大学 2016-2017学年第2学期 研究生《石油化工单元数学模型》课程论文2017年6月 开课学院:化工学院任课教师:欧阳福生 考生姓名:丁桂宾学号:Y45160205 成绩:

BP 神经网络模型简介及相关优化案例 一、神经网络模型简介 现代神经生理学和神经解剖学的研究结果表明,人脑是极其复杂的,由约1010个神经元交织在一起,构成一个网状结构。它能完成诸如智能、思维、情绪等高级精神活动,被认为是最复杂、最完美、最有效的一种信息处理系统。人工神经网络(Artificial Neural Networks ,以下简写为 NN )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,通过数学方法,由人工方式构造的网络系统[1] 。 图1表示作为 NN 基本单元的神经元模型,它有三个基本要素[2]: (1) 一组连接权(对应于生物神经元的突触),连接强度由各连接上的权值表示,权值为正表示激励,为负表示抑制。 (2) 一个求和单元,用于求取各输入信息的加权和(线性组合)。 (3) 一个非线性激励函数,起非线性映射作用并限制神经元输出幅度在一定的范围内(一般限制在[0,1]或[?1,+1]之间)。 图1 神经元模型 此外还有一个阈值k θ(或偏置 k k b θ-=)。以上作用可以用数学式表达为: ∑= =P j kj k j x w u ;

k k k u θν-=; ) (k k v y ?= 式中 P x x x x ,...,,,321为输入信号, kP k k k w w w w ,...,,,321为神经元k 的权值, k u 为 线性组合结果, k θ为阈值。(.)?为激励函数,k y 为神经元k 的输出。 神经网络理论突破了传统的、串行处理的数字电子计算机的局限,是一个非线性动力学系统,并以分布式存储和并行协同处理为特色,虽然单个神经元的结构和功能极其简单有限,但是大量的神经元构成的网络系统所实现的行为却是极其丰富多彩的。

循环神经网络注意力的模拟实现

循环神经网络注意力的模拟实现 我们观察PPT的时候,面对整个场景,不会一下子处理全部场景信息,而会有选择地分配注意力,每次关注不同的区域,然后将信息整合来得到整个的视觉印象,进而指导后面的眼球运动。将感兴趣的东西放在视野中心,每次只处理视野中的部分,忽略视野外区域,这样做最大的好处是降低了任务的复杂度。 深度学习领域中,处理一张大图的时候,使用卷积神经网络的计算量随着图片像素的增加而线性增加。如果参考人的视觉,有选择地分配注意力,就能选择性地从图片或视频中提取一系列的区域,每次只对提取的区域进行处理,再逐渐地把这些信息结合起来,建立场景或者环境的动态内部表示,这就是本文所要讲述的循环神经网络注意力模型。 怎么实现的呢? 把注意力问题当做一系列agent决策过程,agent可以理解为智能体,这里用的是一个RNN 网络,而这个决策过程是目标导向的。简要来讲,每次agent只通过一个带宽限制的传感器观察环境,每一步处理一次传感器数据,再把每一步的数据随着时间融合,选择下一次如何配置传感器资源;每一步会接受一个标量的奖励,这个agent的目的就是最大化标量奖励值的总和。 下面我们来具体讲解一下这个网络。 如上所示,图A是带宽传感器,传感器在给定位置选取不同分辨率的图像块,大一点的图像块的边长是小一点图像块边长的两倍,然后resize到和小图像块一样的大小,把图像块组输出到B。 图B是glimpse network,这个网络是以theta为参数,两个全连接层构成的网络,将传感器输出的图像块组和对应的位置信息以线性网络的方式结合到一起,输出gt。 图C是循环神经网络即RNN的主体,把glimpse network输出的gt投进去,再和之前内部信息ht-1结合,得到新的状态ht,再根据ht得到新的位置lt和新的行为at,at选择下一步配置传感器的位置和数量,以更好的观察环境。在配置传感器资源的时候,agent也会

神经网络的应用及其发展

神经网络的应用及其发展 来源:辽宁工程技术大学作者:苗爱冬 [摘要] 该文介绍了神经网络的发展、优点及其应用和发展动向,着重论述了神经网络目前的几个研究热点,即神经网络与遗传算法、灰色系统、专家系统、模糊控制、小波分析的结合。 [关键词]遗传算法灰色系统专家系统模糊控制小波分析 一、前言 神经网络最早的研究20世纪40年代心理学家Mcculloch和数学家Pitts 合作提出的,他们提出的MP模型拉开了神经网络研究的序幕。神经网络的发展大致经过三个阶段:1947~1969年为初期,在这期间科学家们提出了许多神经元模型和学习规则,如MP模型、HEBB学习规则和感知器等;1970~1986年为过渡期,这个期间神经网络研究经过了一个低潮,继续发展。在此期间,科学家们做了大量的工作,如Hopfield教授对网络引入能量函数的概念,给出了网络的稳定性判据,提出了用于联想记忆和优化计算的途径。1984年,Hiton教授提出Boltzman机模型。1986年Kumelhart等人提出误差反向传播神经网络,简称BP 网络。目前,BP网络已成为广泛使用的网络;1987年至今为发展期,在此期间,神经网络受到国际重视,各个国家都展开研究,形成神经网络发展的另一个高潮。神经网络具有以下优点: (1) 具有很强的鲁棒性和容错性,因为信息是分布贮于网络内的神经元中。 (2) 并行处理方法,使得计算快速。 (3) 自学习、自组织、自适应性,使得网络可以处理不确定或不知道的系统。 (4) 可以充分逼近任意复杂的非线性关系。 (5) 具有很强的信息综合能力,能同时处理定量和定性的信息,能很好地协调多种输入信息关系,适用于多信息融合和多媒体技术。 二、神经网络应用现状 神经网络以其独特的结构和处理信息的方法,在许多实际应用领域中取得了显著的成效,主要应用如下: (1) 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。 (2) 信号处理。能分别对通讯、语音、心电和脑电信号进行处理分类;可用于海底声纳信号的检测与分类,在反潜、扫雷等方面得到应用。 (3) 模式识别。已成功应用于手写字符、汽车牌照、指纹和声音识别,还可用于目标的自动识别和定位、机器人传感器的图像识别以及地震信号的鉴别等。 (4) 机器人控制。对机器人眼手系统位置进行协调控制,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。 (5) 卫生保健、医疗。比如通过训练自主组合的多层感知器可以区分正常心跳和非正常心跳、基于BP网络的波形分类和特征提取在计算机临床诊断中的应用。 (6) 焊接领域。国内外在参数选择、质量检验、质量预测和实时控制方面都

神经网络基本概念

二.神经网络控制 §2.1 神经网络基本概念 一. 生物神经元模型:<1>P7 生物神经元,也称作神经细胞,是构成神经系统的基本功能单元。虽然神经元的形态有极大差异,但基本结构相似。本目从信息处理和生物控制的角度,简述其结构和功能。 1.神经元结构 神经元结构如图2-1所示 图2-1

1) 细胞体:由细胞核、细胞质和细胞膜等组成。 2) 树突:胞体上短而多分支的突起,相当于神经元的输入端,接收传入的神经冲 动。 3) 轴突:胞体上最长枝的突起,也称神经纤维。端部有很多神经末梢,传出神经 冲动。 4) 突触:是神经元之间的连接接口,每一个神经元约有104~106 个突触,前一个 神经元的轴突末梢称为突触的前膜,而后一个神经元的树突称为突触的后膜。一个神经元通过其轴突的神经末梢经突触,与另一个神经元的树突连接,以实现信息传递。由于突触的信息传递是特性可变的,随着神经冲动传递方式的变化,传递作用强弱不同,形成了神经元之间连接的柔性,称为结构的可塑性。 5) 细胞膜电位:神经细胞在受到电的、化学的、机械的刺激后能产生兴奋,此时细胞膜内外由电位差,称为膜电位。其电位膜内为正,膜外为负。 2. 神经元功能 1) 兴奋与抑制:传入神经元的冲动经整和后使细胞膜电位提高,超过动作电 位的阈值时即为兴奋状态,产生神经冲动,由轴突经神经末梢传出。传入神经元的冲动经整和后使细胞膜电位降低,低于阈值时即为抑制状态,不产生神经冲动。 2) 学习与遗忘:由于神经元结构的可塑性,突触的传递作用可增强与减弱, 因此神经元具有学习与遗忘的功能。 二.人工神经元模型 ,<2>P96 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2-2显示了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形元件。 图2-2 其输入、输出的关系可描述为 =-= n j i j ji i Q X W I 1 2-1 )I (f y i i = 其中i X (j=1、2、……、n)是从其他神经元传来的输入信号;

介绍人工神经网络的发展历程和分类.

介绍人工神经网络的发展历程和分类 1943年,心理学家W.S.McCulloch 和数理逻辑学家W.Pitts 建立了神经网络和数学模型,称为MP 模型。他们通过MP 模型提出了神经元的形式化数学描述和网络结构方法,证明了单个神经元能执行逻辑功能,从而开创了人工神经网络研究的时代。1949年,心理学家提出了突触联系强度可变的设想。60年代,人工神经网络的到了进一步发展,更完善的神经网络模型被提出。其中包括感知器和自适应线性元件等。M.Minsky 等仔细分析了以感知器为代表的神经网络系统的功能及局限后,于1969年出版了《Perceptron 》一书,指出感知器不能解决高阶谓词问题。他们的论点极大地影响了神经网络的研究,加之当时串行计算机和人工智能所取得的成就,掩盖了发展新型计算机和人工智能新途径的必要性和迫切性,使人工神经网络的研究处于低潮。在此期间,一些人工神经网络的研究者仍然致力于这一研究,提出了适应谐振理论(ART 网)、自组织映射、认知机网络,同时进行了神经网络数学理论的研究。以上研究为神经网络的研究和发展奠定了基础。1982年,美国加州工学院物理学家J.J.Hopfield 提出了Hopfield 神经网格模型,引入了“计算能量”概念,给出了网络稳定性判断。 1984年,他又提出了连续时间Hopfield 神经网络模型,为神经计算机的研究做了开拓性的工作,开创了神经网络用于联想记忆和优化计算的新途径,有力地推动了神经网络的研究,1985年,又有学者提出了波耳兹曼模型,在学习中采用统计热力学模拟退火技术,保证整个系统趋于全局稳定点。1986年进行认知微观结构地研究,提出了并行分布处理的理论。人工神经网络的研究受到了各个发达国家的重视,美国国会通过决议将1990年1月5日开始的十年定为“脑的十年”,国际研究组织号召它的成员国将“脑的十年”变为全球行为。在日本的“真实世界计算(RWC )”项目中,人工智能的研究成了一个重要的组成部分。 人工神经网络的模型很多,可以按照不同的方法进行分类。其中,常见的两种分类方法是,按照网络连接的拓朴结构分类和按照网络内部的信息流向分类。按照网络拓朴结构分类网络的拓朴结构,即神经元之间的连接方式。按此划分,可将神经网络结构分为两大类:层次型结构和互联型结构。层次型结构的神经网络将神经

神经网络详解

一前言 让我们来看一个经典的神经网络。这是一个包含三个层次的神经网络。红色的是输入层,绿色的是输出层,紫色的是中间层(也叫隐藏层)。输入层有3个输入单元,隐藏层有4个单元,输出层有2个单元。后文中,我们统一使用这种颜色来表达神经网络的结构。 图1神经网络结构图 设计一个神经网络时,输入层与输出层的节点数往往是固定的,中间层则可以自由指定; 神经网络结构图中的拓扑与箭头代表着预测过程时数据的流向,跟训练时的数据流有一定的区别; 结构图里的关键不是圆圈(代表“神经元”),而是连接线(代表“神经元”之间的连接)。每个连接线对应一个不同的权重(其值称为权值),这是需要训练得到的。 除了从左到右的形式表达的结构图,还有一种常见的表达形式是从下到上来

表示一个神经网络。这时候,输入层在图的最下方。输出层则在图的最上方,如下图: 图2从下到上的神经网络结构图 二神经元 2.结构 神经元模型是一个包含输入,输出与计算功能的模型。输入可以类比为神经元的树突,而输出可以类比为神经元的轴突,计算则可以类比为细胞核。 下图是一个典型的神经元模型:包含有3个输入,1个输出,以及2个计算功能。 注意中间的箭头线。这些线称为“连接”。每个上有一个“权值”。

图3神经元模型 连接是神经元中最重要的东西。每一个连接上都有一个权重。 一个神经网络的训练算法就是让权重的值调整到最佳,以使得整个网络的预测效果最好。 我们使用a来表示输入,用w来表示权值。一个表示连接的有向箭头可以这样理解: 在初端,传递的信号大小仍然是a,端中间有加权参数w,经过这个加权后的信号会变成a*w,因此在连接的末端,信号的大小就变成了a*w。 在其他绘图模型里,有向箭头可能表示的是值的不变传递。而在神经元模型里,每个有向箭头表示的是值的加权传递。 图4连接(connection) 如果我们将神经元图中的所有变量用符号表示,并且写出输出的计算公式的话,就是下图。

人工神经网络概述及其在分类中的应用举例

人工神经网络概述及其在分类中的应用举例 人工神经网络(ARTIFICIAL NEURAL NETWORK,简称ANN)是目前国际上一门发展迅速的前沿交叉学科。为了模拟大脑的基本特性,在现代神经科学研究的基础上,人们提出来人工神经网络的模型。人工神经网络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。 神经网络在2个方面与人脑相似: (1) 人工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,用于存储获取的信息。他既是高度非线性动力学系统,又是自适应组织系统,可用来描述认知、决策及控制的智能行为。神经网络理论是巨量信息并行处理和大规模并行计算的基础。 一人工神经网络的基本特征 1、并行分布处理:人工神经网络具有高度的并行结构和并行处理能力。这特别适于实时控制和动态控制。各组成部分同时参与运算,单个神经元的运算速度不高,但总体的处理速度极快。 2、非线性映射:人工神经网络具有固有的非线性特性,这源于其近似任意非线性映射(变换)能力。只有当神经元对所有输入信号的综合处理结果超过某一门限值后才输出一个信号。因此人工神经网络是一

种具有高度非线性的超大规模连续时间动力学系统。 3、信息处理和信息存储合的集成:在神经网络中,知识与信息都等势分布贮存于网络内的各神经元,他分散地表示和存储于整个网络内的各神经元及其连线上,表现为神经元之间分布式的物理联系。作为神经元间连接键的突触,既是信号转换站,又是信息存储器。每个神经元及其连线只表示一部分信息,而不是一个完整具体概念。信息处理的结果反映在突触连接强度的变化上,神经网络只要求部分条件,甚至有节点断裂也不影响信息的完整性,具有鲁棒性和容错性。 4、具有联想存储功能:人的大脑是具有联想功能的。比如有人和你提起内蒙古,你就会联想起蓝天、白云和大草原。用人工神经网络的反馈网络就可以实现这种联想。神经网络能接受和处理模拟的、混沌的、模糊的和随机的信息。在处理自然语言理解、图像模式识别、景物理解、不完整信息的处理、智能机器人控制等方面具有优势。 5、具有自组织自学习能力:人工神经网络可以根据外界环境输入信息,改变突触连接强度,重新安排神经元的相互关系,从而达到自适应于环境变化的目的。 6、软件硬件的实现:人工神经网络不仅能够通过硬件而且可借助软件实现并行处理。近年来,一些超大规模集成电路的硬件实现已经问世,而且可从市场上购到,这使得神经网络具有快速和大规模处理能力的实现网络。许多软件都有提供了人工神经网络的工具箱(或软件包)如Matlab、Scilab、R、SAS等。 二人工神经网络的基本数学模型

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