如何用MATLAB的神经网络工具箱实现三层BP网络

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(完整版)BP神经网络matlab实例(简单而经典)

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p=p1';t=t1';[pn,minp,maxp,tn,mint,maxt]=premnmx(p,t); %原始数据归一化net=newff(minmax(pn),[5,1],{'tansig','purelin'},'traingdx');%设置网络,建立相应的BP网络net.trainParam.show=2000; % 训练网络net.trainParam.lr=0.01;net.trainParam.epochs=100000;net.trainParam.goal=1e-5;[net,tr]=train(net ,pn,tn); %调用TRAINGDM算法训练BP 网络pnew=pnew1';pnewn=tramnmx(pnew,minp,maxp);anewn=sim(net,pnewn); %对BP网络进行仿真anew=postmnmx(anewn,mint,maxt); %还原数据y=anew';1、BP网络构建(1)生成BP网络=net newff PR S S SNl TF TF TFNl BTF BLF PF(,[1 2...],{ 1 2...},,,)PR:由R维的输入样本最小最大值构成的2R⨯维矩阵。

S S SNl:各层的神经元个数。

[ 1 2...]{ 1 2...}TF TF TFNl:各层的神经元传递函数。

BTF:训练用函数的名称。

(2)网络训练[,,,,,] (,,,,,,)=net tr Y E Pf Af train net P T Pi Ai VV TV(3)网络仿真=[,,,,] (,,,,)Y Pf Af E perf sim net P Pi Ai T{'tansig','purelin'},'trainrp'2、BP网络举例举例1、%traingdclear;clc;P=[-1 -1 2 2 4;0 5 0 5 7];T=[-1 -1 1 1 -1];%利用minmax函数求输入样本范围net = newff(minmax(P),T,[5,1],{'tansig','purelin'},'trainrp');net.trainParam.show=50;%net.trainParam.lr=0.05;net.trainParam.epochs=300;net.trainParam.goal=1e-5;[net,tr]=train(net,P,T);net.iw{1,1}%隐层权值net.b{1}%隐层阈值net.lw{2,1}%输出层权值net.b{2}%输出层阈值sim(net,P)举例2、利用三层BP神经网络来完成非线性函数的逼近任务,其中隐层神经元个数为五个。

BP神经网络原理及其MATLAB应用

BP神经网络原理及其MATLAB应用

BP神经网络原理及其MATLAB应用BP神经网络(Back Propagation Neural Network)是一种基于梯度下降算法的人工神经网络模型,具有较广泛的应用。

它具有模拟人类神经系统的记忆能力和学习能力,可以用来解决函数逼近、分类和模式识别等问题。

本文将介绍BP神经网络的原理及其在MATLAB中的应用。

BP神经网络的原理基于神经元间的权值和偏置进行计算。

一个标准的BP神经网络通常包含三层:输入层、隐藏层和输出层。

输入层负责接收输入信息,其节点数与输入维度相同;隐藏层用于提取输入信息的特征,其节点数可以根据具体问题进行设定;输出层负责输出最终的结果,其节点数根据问题的要求决定。

BP神经网络的训练过程可以分为前向传播和反向传播两个阶段。

前向传播过程中,输入信息逐层传递至输出层,通过对神经元的激活函数进行计算,得到神经网络的输出值。

反向传播过程中,通过最小化损失函数的梯度下降算法,不断调整神经元间的权值和偏置,以减小网络输出与实际输出之间的误差,达到训练网络的目的。

在MATLAB中,可以使用Neural Network Toolbox工具箱来实现BP神经网络。

以下是BP神经网络在MATLAB中的应用示例:首先,需导入BP神经网络所需的样本数据。

可以使用MATLAB中的load函数读取数据文件,并将其分为训练集和测试集:```data = load('dataset.mat');inputs = data(:, 1:end-1);targets = data(:, end);[trainInd, valInd, testInd] = dividerand(size(inputs, 1), 0.6, 0.2, 0.2);trainInputs = inputs(trainInd, :);trainTargets = targets(trainInd, :);valInputs = inputs(valInd, :);valTargets = targets(valInd, :);testInputs = inputs(testInd, :);testTargets = targets(testInd, :);```接下来,可以使用MATLAB的feedforwardnet函数构建BP神经网络模型,并进行网络训练和测试:```hiddenLayerSize = 10;net = feedforwardnet(hiddenLayerSize);net = train(net, trainInputs', trainTargets');outputs = net(testInputs');```最后,可以使用MATLAB提供的performance函数计算网络的性能指标,如均方误差、相关系数等:```performance = perform(net, testTargets', outputs);```通过逐步调整网络模型的参数和拓扑结构,如隐藏层节点数、学习率等,可以进一步优化BP神经网络的性能。

用MATLAB神经网络工具箱开发BP网络应用

用MATLAB神经网络工具箱开发BP网络应用

作者简介:闵惜琳(1974-),女,助教,硕士,主要研究方向:管理信息系统、决策支持系统; 刘国华(1974-),男,博士研究生,主要研究方向:人工智能、计算机辅助材料设计.文章编号:1001-9081(2001)08-0163-02用MATLAB 神经网络工具箱开发BP 网络应用闵惜琳1,刘国华2(1.广东工业大学,广东广州510090; 2.北京科技大学理化系,北京100083)摘 要:论述了人工神经网络的基本理论,并给出利用MATLAB 神经网络工具箱开发BP 网络应用的要点。

关键词:MATLAB;人工神经网络(ANN);工具箱中图分类号:TP311.52 文献标识码:A人工神经网络(Artificial Neural Networks,ANN )是近年来发展起来的模拟人脑生物过程的人工智能技术。

它由大量的、同时也是很简单的处理单元(神经元)广泛互连形成的复杂的非线性系统[1]。

它不需要任何先验公式,就能从已有数据中自动地归纳规则,获得这些数据的内在规律,具有很强的非线性映射能力,特别适合于因果关系复杂的非确性推理、判断、识别和分类等问题。

人工神经网络可通过硬件或软件方式来实现。

硬件方式即神经计算机。

目前较常用的还是软件实现方式。

已有许多公司和研究单位设计了通用的AAN 程序以方便人们使用,MATLAB 提供的神经网络工具箱就是其重要代表。

MATLAB 是由MathWorks 公司推出的高性能的科技应用软件,在学术界和工业界都得到了广泛的应用。

与Basic 、Fortran 、Pascal 和C 等编程语言相比,MATLAB 具有程序可读性强、调试简单等特点,尤其是在编写含矩阵运算的复杂程序时,能给用户提供极大的方便[2]。

MATLAB 之所以功能强大是因为它提供了许多工具箱,其中神经网络工具箱是以人工神经网络理论为基础,用MATLAB 语言构造出了该理论所涉及的公式运算、矩阵操作和方程求解等大部分子程序,以用于神经网络设计和训练。

用MATLAB的神经网络工具箱实现三层BP网络

用MATLAB的神经网络工具箱实现三层BP网络

用MATLAB的神经网络工具箱实现三层BP网络用MATLAB的神经网络工具箱实现三层BP网络% 读入训练数据和测试数据Input = [];Output = [];str = {'Test','Check'};Data = textread([str{1},'.txt']);% 读训练数据Input = Data(:,1:end-1);% 取数据表的前五列(主从成分)Output = Data(:,end);% 取数据表的最后一列(输出值)Data = textread([str{2},'.txt']);% 读测试数据CheckIn = Data(:,1:end-1);% 取数据表的前五列(主从成分)CheckOut = Data(:,end);% 取数据表的最后一列(输出值)Input = Input';Output = Output';CheckIn = CheckIn';CheckOut = CheckOut';% 矩阵赚置[Input,minp,maxp,Output,mint,maxt] = premnmx(Input,Output);% 标准化数据%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%% 神经网络参数设置%====可以修正处Para.Goal = 0.0001;% 网络训练目标误差Para.Epochs = 800;% 网络训练代数Para.LearnRate = 0.1;% 网络学习速率%====Para.Show = 5;% 网络训练显示间隔Para.InRange = repmat([-1 1],size(Input,1),1);% 网络的输入变量区间Para.Neurons = [size(Input,1)*2+1 1];% 网络后两层神经元配置Para.TransferFcn= {'logsig' 'purelin'};% 各层的阈值函数Para.TrainFcn = 'trainlm';% 网络训练函数赋值% traingd : 梯度下降后向传播法% traingda : 自适应学习速率的梯度下降法% traingdm : 带动量的梯度下降法% traingdx :% 带动量,自适应学习速率的梯度下降法Para.LearnFcn = 'learngdm';% 网络学习函数Para.PerformFcn = 'sse';% 网络的误差函数Para.InNum = size(Input,1);% 输入量维数Para.IWNum = Para.InNum*Para.Neurons(1);% 输入权重个数Para.LWNum = prod(Para.Neurons);% 层权重个数Para.BiasNum = sum(Para.Neurons);% 偏置个数%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%Net = newff(Para.InRange,Para.Neurons,Para.TransferFcn,...Para.TrainFcn,Para.LearnFcn,Para.PerformFcn);% 建立网络%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%Net.trainParam.show = Para.Show;% 训练显示间隔赋值Net.trainParam.goal = Para.Goal;% 训练目标误差赋值Net.trainParam.lr = Para.LearnRate;% 网络学习速率赋值Net.trainParam.epochs = Para.Epochs;% 训练代数赋值Net.trainParam.lr = Para.LearnRate;Net.performFcn = Para.PerformFcn;% 误差函数赋值%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % 调试Out1 =sim(Net,Input);% 仿真刚建立的网络Sse1 =sse(Output-Out1);% 刚建立的网络误差%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% [Net TR] = train(Net,Input,Output);% 训练网络并返回%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Out3 =sim(Net,Input);% 对学习训练后的网络仿真。

BP神经网络matlab教程

BP神经网络matlab教程
第二步随机选取第个输入样本及对应期望输出第三步计算隐含层各神经元的输入和输出第四步利用网络期望输出和实际输出计算误差函数对输出层的各神经元的偏导hohoyiyiihih第五步利用隐含层到输出层的连接权值输出层的和隐含层的输出计算误差函数对隐含层各神经元的偏导数hohoihih第八步计算全局误差第九步判断网络误差是否满足要求
w
N 1 ho
w o (k )hoh (k )
N ho
2.4.2 BP网络的标准学习算法
第七步,利用隐含层各神经元的 h (k )和 输入层各神经元的输入修正连接权。
e e hih (k ) wih (k ) h (k ) xi (k ) wih hih (k ) wih w
p
i 1
h 1,2,
o 1,2,
,p
q
yio (k ) whohoh (k ) bo
o 1,2,
yoo (k ) f( yio (k ))
h 1
q
2.4.2 BP网络的标准学习算法
第四步,利用网络期望输出和实际输出, 计算误差函数对输出层的各神经元的偏导 o (k ) 数 。 ( w ho (k ) b ) e e yio yi (k )
输入样本---输入层---各隐层---输出层
判断是否转入反向传播阶段:
若输出层的实际输出与期望的输出(教师信号)不 符
误差反传
误差以某种形式在各层表示----修正各层单元 的权值
网络输出的误差减少到可接受的程度 进行到预先设定的学习次数为止
2.4.2 BP网络的标准学习算法
网络结构 输入层有n个神经元,隐含层有p个神经元, 输出层有q个神经元 变量定义 x x1, x2 , , xn 输入向量; 隐含层输入向量; hi hi1 , hi2 , , hi p 隐含层输出向量; ho ho1 , ho2 , , ho p 输出层输入向量; yi yi1 , yi2 , , yiq 输出层输出向量; yo yo1 , yo2 , , yoq 期望输出向量; d o d1 , d 2 , , d q

BP神经网络matlab实现的基本步骤

BP神经网络matlab实现的基本步骤

1、数据归一化2、数据分类,主要包括打乱数据顺序,抽取正常训练用数据、变量数据、测试数据3、建立神经网络,包括设置多少层网络(一般3层以内既可以,每层的节点数(具体节点数,尚无科学的模型和公式方法确定,可采用试凑法,但输出层的节点数应和需要输出的量个数相等),设置隐含层的传输函数等。

关于网络具体建立使用方法,在后几节的例子中将会说到。

4、指定训练参数进行训练,这步非常重要,在例子中,将详细进行说明5、完成训练后,就可以调用训练结果,输入测试数据,进行测试6、数据进行反归一化7、误差分析、结果预测或分类,作图等数据归一化问题归一化的意义:首先说一下,在工程应用领域中,应用BP网络的好坏最关键的仍然是输入特征选择和训练样本集的准备,若样本集代表性差、矛盾样本多、数据归一化存在问题,那么,使用多复杂的综合算法、多精致的网络结构,建立起来的模型预测效果不会多好。

若想取得实际有价值的应用效果,从最基础的数据整理工作做起吧,会少走弯路的。

归一化是为了加快训练网络的收敛性,具体做法是:1 把数变为(0,1)之间的小数主要是为了数据处理方便提出来的,把数据映射到0~1范围之内处理,更加便捷快速,应该归到数字信号处理范畴之内。

2 把有量纲表达式变为无量纲表达式归一化是一种简化计算的方式,即将有量纲的表达式,经过变换,化为无量纲的表达式,成为纯量比如,复数阻抗可以归一化书写:Z = R + jωL = R(1 + jωL/R) ,复数部分变成了纯数量了,没有量纲。

另外,微波之中也就是电路分析、信号系统、电磁波传输等,有很多运算都可以如此处理,既保证了运算的便捷,又能凸现出物理量的本质含义。

神经网络归一化方法:由于采集的各数据单位不一致,因而须对数据进行[-1,1]归一化处理,归一化方法主要有如下几种,供大家参考:1、线性函数转换,表达式如下:复制内容到剪贴板代码:y=(x-MinValue)/(MaxValue-MinValue)说明:x、y分别为转换前、后的值,MaxValue、MinValue分别为样本的最大值和最小值。

智能控制MALAB神经网络BP算法

智能控制MALAB神经网络BP算法

智能控制MALAB神经网络BP算法智能控制MALAB神经网络BP算法是一种基于MATLAB平台的智能控制算法,用于神经网络的训练和优化。

BP算法,即反向传播算法,是一种常用的神经网络训练算法,通过不断调整网络权值和阈值,使得网络的输出与期望输出之间的误差最小化。

在MATLAB中,可以利用自带的神经网络工具箱来实现BP算法。

具体步骤如下:一、数据准备数据准备是智能控制MALAB神经网络BP算法的第一步,它涉及到准备训练数据集和测试数据集。

以下是数据准备的详细步骤:1.收集和整理数据:首先,需要收集与问题相关的数据,并将其整理成适合神经网络输入的格式。

数据可以来自实验、观测、模拟等途径。

2.数据预处理:对收集到的原始数据进行预处理,以便更好地适应神经网络的训练和优化。

预处理步骤可能包括数据清洗、去噪、归一化、标准化等。

这些步骤有助于提高数据的质量和可靠性。

3.数据划分:将整个数据集划分为训练数据集和测试数据集。

通常,大部分数据用于训练神经网络,而少部分数据用于测试网络的泛化能力。

常见的划分方法包括随机划分、交叉验证等。

4.数据编码:对于非数值型数据,需要进行编码转换成数值型数据。

例如,可以使用独热编码将分类变量转换为二进制向量。

5.数据特征选择:根据问题的需求和特征的相关性,选择合适的特征子集。

这有助于减少数据维度,提高训练效率和模型性能。

6.数据平衡:对于不平衡的数据集,可以采取一些方法来平衡正负样本的比例,例如过采样、欠采样、SMOTE等。

数据准备是神经网络训练的重要环节,对于获得良好的训练结果和模型性能至关重要。

通过合理的数据准备步骤,可以提高神经网络的训练效率和泛化能力,从而实现智能控制任务的优化。

二、网络创建使用MATLAB的神经网络工具箱,可以创建一个BP神经网络模型。

可以选择网络的拓扑结构,包括输入层、隐藏层和输出层的节点数目,以及激活函数等参数。

以下是网络创建的详细步骤:1.确定网络的拓扑结构:首先,需要确定网络的拓扑结构,包括输入层、隐藏层和输出层的节点数目。

BP神经网络预测的MATLAB实现

BP神经网络预测的MATLAB实现
i = n +m + a 其中 i为隐含层神经元的个数 , n为输入层神经元的 个数 , m为输出层神经元的个数 , a为常数且 1 < a < 10 (参 见图 1) 。 由此 ,可以设定隐含层的神经元数为 12。 三 、BP神经网络预测的 MATLAB实现 (一 )数据样本的预处理 本文的数据样本来源于《中国旅游统计年鉴 》。为了 保证数据为同一数量级 ,首先需要对神经网络的输入和输 出数据进行一定的预处理 : 将原数据乘以 10 - 5。同时 ,将 样本分为训练集和测试集 , 1993 - 1998年外国人入境旅游 人数的处理结果作为训练集 ,即 1993 - 1997年外国人入境 旅游人数的处理结果作为训练输入 ; 1998年外国人入境旅 游人数的处理结果作为训练输出 ; 1994 - 1999年外国人入 境旅游人数的处理结果作为测试集 ,即 1994 - 1998年外国 人入境旅游人数的处理结果作为测试输入 , 1999年外国人 入境旅游人数的处理结果作为测试输出 。 (二 ) 确定激活函数 根据处理后的数据范围 ,本文选取 tansig和 purelin作 为激活函数 。 (三 )设定网络的最大学习迭代次数为 6 000次 。 (四 )设定网络的学习精度为 0. 005 (五 )创建和训练 BP神经网络的 MATLAB程序 %旅游需求预测 lyyc
> > net. trainParam. show = 500; > > net = train ( net, P, T)
显示的数据与所设计的网络模型相符 ,且如图显见网 络学习迭代到 411次时 ,就达到了学习精度 0. 004 996 74, 其学习速度较快 。
(六 )测试 BP神经网络 将测试的输出数据还原 ,与实际人数比较 (见表 1) ,说 明 BP神经网络预测的 MATLAB实现是可行的 。
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如何用MA TLAB的神经网络工具箱实现三层BP网络?
% 读入训练数据和测试数据
Input = [];
Output = [];
str = {'Test','Check'};
Data = textread([str{1},'.txt']);
% 读训练数据
Input = Data(:,1:end-1);
% 取数据表的前五列(主从成分)
Output = Data(:,end);
% 取数据表的最后一列(输出值)
Data = textread([str{2},'.txt']);
% 读测试数据
CheckIn = Data(:,1:end-1);
% 取数据表的前五列(主从成分)
CheckOut = Data(:,end);
% 取数据表的最后一列(输出值)
Input = Input';
Output = Output';
CheckIn = CheckIn';
CheckOut = CheckOut';
% 矩阵赚置
[Input,minp,maxp,Output,mint,maxt] = premnmx(Input,Output);
% 标准化数据
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%
% 神经网络参数设置
%====可以修正处
Para.Goal = 0.0001;
% 网络训练目标误差
Para.Epochs = 800;
% 网络训练代数
Para.LearnRate = 0.1;
% 网络学习速率
%====
Para.Show = 5;
% 网络训练显示间隔
Para.InRange = repmat([-1 1],size(Input,1),1);
% 网络的输入变量区间
Para.Neurons = [size(Input,1)*2+1 1];
% 网络后两层神经元配置
Para.TransferFcn= {'logsig' 'purelin'};
% 各层的阈值函数
Para.TrainFcn = 'trainlm';
% 网络训练函数赋值
% traingd : 梯度下降后向传播法
% traingda : 自适应学习速率的梯度下降法
% traingdm : 带动量的梯度下降法
% traingdx :
% 带动量,自适应学习速率的梯度下降法
Para.LearnFcn = 'learngdm';
% 网络学习函数
Para.PerformFcn = 'sse';
% 网络的误差函数
Para.InNum = size(Input,1);
% 输入量维数
Para.IWNum = Para.InNum*Para.Neurons(1);
% 输入权重个数
Para.LWNum = prod(Para.Neurons);
% 层权重个数
Para.BiasNum = sum(Para.Neurons);
% 偏置个数%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%
Net = newff(Para.InRange,Para.Neurons,Para.TransferFcn,...
Para.TrainFcn,Para.LearnFcn,Para.PerformFcn);
% 建立网络%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%
Net.trainParam.show = Para.Show;
% 训练显示间隔赋值
Net.trainParam.goal = Para.Goal;
% 训练目标误差赋值
Net.trainParam.lr = Para.LearnRate;
% 网络学习速率赋值
Net.trainParam.epochs = Para.Epochs;
% 训练代数赋值
Net.trainParam.lr = Para.LearnRate;
Net.performFcn = Para.PerformFcn;
% 误差函数赋值
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 调试
Out1 =sim(Net,Input);
% 仿真刚建立的网络
Sse1 =sse(Output-Out1);
% 刚建立的网络误差
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% [Net TR] = train(Net,Input,Output);
% 训练网络并返回%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Out3 =sim(Net,Input);
% 对学习训练后的网络仿真。

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