?? bp神經網絡實例.txt
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?例1 采用動量梯度下降算法訓練 BP 網絡。
訓練樣本定義如下:
輸入矢量為
p =[-1 -2 3 1
-1 1 5 -3]
目標矢量為 t = [-1 -1 1 1]
解:本例的 MATLAB 程序如下:
close all
clear
echo on
clc
% NEWFF——生成一個新的前向神經網絡
% TRAIN——對 BP 神經網絡進行訓練
% SIM——對 BP 神經網絡進行仿真
pause
% 敲任意鍵開始
clc
% 定義訓練樣本
% P 為輸入矢量
P=[-1, -2, 3, 1; -1, 1, 5, -3];
% T 為目標矢量
T=[-1, -1, 1, 1];
pause;
clc
% 創建一個新的前向神經網絡
net=newff(minmax(P),[3,1],{'tansig','purelin'},'traingdm')
% 當前輸入層權值和閾值
inputWeights=net.IW{1,1}
inputbias=net.b{1}
% 當前網絡層權值和閾值
layerWeights=net.LW{2,1}
layerbias=net.b{2}
pause
clc
% 設置訓練參數
net.trainParam.show = 50;
net.trainParam.lr = 0.05;
net.trainParam.mc = 0.9;
net.trainParam.epochs = 1000;
net.trainParam.goal = 1e-3;
pause
clc
% 調用 TRAINGDM 算法訓練 BP 網絡
[net,tr]=train(net,P,T);
pause
clc
% 對 BP 網絡進行仿真
A = sim(net,P)
% 計算仿真誤差
E = T - A
MSE=mse(E)
pause
clc
echo off
例2 采用貝葉斯正則化算法提高 BP 網絡的推廣能力。在本例中,我們采用兩種訓練方法,即 L-M 優化算法(trainlm)和貝葉斯正則化算法(trainbr),用以訓練 BP 網絡,使其能夠擬合某一附加有白噪聲的正弦樣本數據。其中,樣本數據可以采用如下MATLAB 語句生成:
輸入矢量:P = [-1:0.05:1];
目標矢量:randn(’seed’,78341223);
T = sin(2*pi*P)+0.1*randn(size(P));
解:本例的 MATLAB 程序如下:
close all
clear
echo on
clc
% NEWFF——生成一個新的前向神經網絡
% TRAIN——對 BP 神經網絡進行訓練
% SIM——對 BP 神經網絡進行仿真
pause
% 敲任意鍵開始
clc
% 定義訓練樣本矢量
% P 為輸入矢量
P = [-1:0.05:1];
% T 為目標矢量
randn('seed',78341223); T = sin(2*pi*P)+0.1*randn(size(P));
% 繪制樣本數據點
plot(P,T,'+');
echo off
hold on;
plot(P,sin(2*pi*P),':');
% 繪制不含噪聲的正弦曲線
echo on
clc
pause
clc
% 創建一個新的前向神經網絡
net=newff(minmax(P),[20,1],{'tansig','purelin'});
pause
clc
echo off
clc
disp('1. L-M 優化算法 TRAINLM'); disp('2. 貝葉斯正則化算法 TRAINBR');
choice=input('請選擇訓練算法(1,2):');
figure(gcf);
if(choice==1)
echo on
clc
% 采用 L-M 優化算法 TRAINLM
net.trainFcn='trainlm';
pause
clc
% 設置訓練參數
net.trainParam.epochs = 500;
net.trainParam.goal = 1e-6;
net=init(net);
% 重新初始化
pause
clc
elseif(choice==2)
echo on
clc
% 采用貝葉斯正則化算法 TRAINBR
net.trainFcn='trainbr';
pause
clc
% 設置訓練參數
net.trainParam.epochs = 500;
randn('seed',192736547);
net = init(net);
% 重新初始化
pause
clc
end
% 調用相應算法訓練 BP 網絡
[net,tr]=train(net,P,T);
pause
clc
% 對 BP 網絡進行仿真
A = sim(net,P);
% 計算仿真誤差
E = T - A;
MSE=mse(E)
pause
clc
% 繪制匹配結果曲線
close all;
plot(P,A,P,T,'+',P,sin(2*pi*P),':');
pause;
clc
echo off
通過采用兩種不同的訓練算法,我們可以得到如圖 1和圖 2所示的兩種擬合結果。圖中的實線表示擬合曲線,虛線代表不含白噪聲的正弦曲線,“+”點為含有白噪聲的正弦樣本數據點。顯然,經 trainlm 函數訓練后的神經網絡對樣本數據點實現了“過度匹配”,而經 trainbr 函數訓練的神經網絡對噪聲不敏感,具有較好的推廣能力。
值得指出的是,在利用 trainbr 函數訓練 BP 網絡時,若訓練結果收斂,通常會給出提示信息“Maximum MU reached”。此外,用戶還可以根據 SSE 和 SSW 的大小變化情況來判斷訓練是否收斂:當 SSE 和 SSW 的值在經過若干步迭代后處于恒值時,則通常說明網絡訓練收斂,此時可以停止訓練。觀察trainbr 函數訓練 BP 網絡的誤差變化曲線,可見,當訓練迭代至 320 步時,網絡訓練收斂,此時 SSE 和 SSW 均為恒值,當前有效網絡的參數(有效權值和閾值)個數為 11.7973。
例3 采用“提前停止”方法提高 BP 網絡的推廣能力。對于和例 2相同的問題,在本例中我們將采用訓練函數 traingdx 和“提前停止”相結合的方法來訓練 BP 網絡,以提高 BP 網絡的推廣能力。
解:在利用“提前停止”方法時,首先應分別定義訓練樣本、驗證樣本或測試樣本,其中,驗證樣本是必不可少的。在本例中,我們只定義并使用驗證樣本,即有
驗證樣本輸入矢量:val.P = [-0.975:.05:0.975]
驗證樣本目標矢量:val.T = sin(2*pi*val.P)+0.1*randn(size(val.P))
值得注意的是,盡管“提前停止”方法可以和任何一種 BP 網絡訓練函數一起使用,但是不適合同訓練速度過快的算法聯合使用,比如 trainlm 函數,所以本例中我們采用訓練速度相對較慢的變學習速率算法 traingdx 函數作為訓練函數。
本例的 MATLAB 程序如下:
close all
clear
echo on
clc
% NEWFF——生成一個新的前向神經網絡
% TRAIN——對 BP 神經網絡進行訓練
% SIM——對 BP 神經網絡進行仿真
pause
% 敲任意鍵開始
clc
% 定義訓練樣本矢量
% P 為輸入矢量
P = [-1:0.05:1];
% T 為目標矢量
randn('seed',78341223);
T = sin(2*pi*P)+0.1*randn(size(P));
% 繪制訓練樣本數據點
plot(P,T,'+');
echo off
hold on;
plot(P,sin(2*pi*P),':'); % 繪制不含噪聲的正弦曲線
echo on
clc
pause
clc
% 定義驗證樣本
val.P = [-0.975:0.05:0.975]; % 驗證樣本的輸入矢量
val.T = sin(2*pi*val.P)+0.1*randn(size(val.P)); % 驗證樣本的目標矢量
pause
clc
% 創建一個新的前向神經網絡
net=newff(minmax(P),[5,1],{'tansig','purelin'},'traingdx');
pause
clc
% 設置訓練參數
net.trainParam.epochs = 500;
net = init(net);
pause
clc
% 訓練 BP 網絡
[net,tr]=train(net,P,T,[],[],val);
pause
clc
% 對 BP 網絡進行仿真
A = sim(net,P);
% 計算仿真誤差
E = T - A;
MSE=mse(E)
pause
clc
% 繪制仿真擬合結果曲線
close all;
plot(P,A,P,T,'+',P,sin(2*pi*P),':');
pause;
clc
echo off
下面給出了網絡的某次訓練結果,可見,當訓練至第 136 步時,訓練提前停止,此時的網絡誤差為 0.0102565。給出了訓練后的仿真數據擬合曲線,效果是相當滿意的。
[net,tr]=train(net,P,T,[],[],val);
TRAINGDX, Epoch 0/500, MSE 0.504647/0, Gradient 2.1201/1e-006
TRAINGDX, Epoch 25/500, MSE 0.163593/0, Gradient 0.384793/1e-006
TRAINGDX, Epoch 50/500, MSE 0.130259/0, Gradient 0.158209/1e-006
TRAINGDX, Epoch 75/500, MSE 0.086869/0, Gradient 0.0883479/1e-006
TRAINGDX, Epoch 100/500, MSE 0.0492511/0, Gradient 0.0387894/1e-006
TRAINGDX, Epoch 125/500, MSE 0.0110016/0, Gradient 0.017242/1e-006
TRAINGDX, Epoch 136/500, MSE 0.0102565/0, Gradient 0.01203/1e-006
TRAINGDX, Validation stop.
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