神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理精選(九篇)

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第1篇：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理范文

摘要：工程造價(jià)估算是招標(biāo)投標(biāo)中的重要一環(huán)，探尋一套快速、簡(jiǎn)捷、實(shí)用的工程造價(jià)估算方法已經(jīng)成為建筑行業(yè)的迫切需要。為了建設(shè)工程造價(jià)估算技術(shù)的發(fā)展及文聯(lián)面臨的問(wèn)題，提出在建設(shè)工程造價(jià)估算技術(shù)系統(tǒng)中應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)提高估算精確度，并且給出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模型。

關(guān)鍵詞：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；工程造價(jià)；造價(jià)估算

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ArtificialNeuralNetworks，簡(jiǎn)寫(xiě)為ANNs）也簡(jiǎn)稱(chēng)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NNs）或稱(chēng)作連接模型（ConnectionistModel），它是一種模范動(dòng)物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)行為特征，進(jìn)行分布式并行信息處理的算法數(shù)學(xué)模型。這種網(wǎng)絡(luò)依靠系統(tǒng)的復(fù)雜程度，通過(guò)調(diào)整內(nèi)部大量節(jié)點(diǎn)之間相互連接的關(guān)系，從而達(dá)到處理信息的目的。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)的能力，可以通過(guò)預(yù)先提供的一批相互對(duì)應(yīng)的輸入－輸出數(shù)據(jù)，分析掌握兩者之間潛在的規(guī)律，最終根據(jù)這些規(guī)律，用新的輸入數(shù)據(jù)來(lái)推算輸出結(jié)果，這種學(xué)習(xí)分析的過(guò)程被稱(chēng)為“訓(xùn)練”。

一、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立

雖然人們還并不完全清楚生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是如何進(jìn)行工作的，但還是幻想能否構(gòu)造一些“人工神經(jīng)元”，然后將這些神經(jīng)元以某種特定的方式連接起來(lái)，模擬“人腦”的某些功能。

在1943年，心理學(xué)家W. McCulloch和數(shù)學(xué)家W. Pitts合作，從數(shù)理邏輯的角度，提出了神經(jīng)元和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最早的數(shù)學(xué)模型（MP模型），是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的開(kāi)端，更為后面的研究發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)度過(guò)了萌芽期、第一次期、反思低潮期、第二次期、再認(rèn)識(shí)與應(yīng)用研究期五個(gè)階段。目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已成為涉及多種學(xué)科和領(lǐng)域的一門(mén)新興的前沿交叉學(xué)科。

神經(jīng)元分為分層網(wǎng)絡(luò)和相互連接型網(wǎng)絡(luò)。所謂分層網(wǎng)絡(luò)，就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模型中的所有神經(jīng)元按功能分層，一般分為輸入層、中間層（隱含層）、輸出層，各層按順序連接，隔層之間均采用的是全互連接，但對(duì)于同一單元間，不互相連接。分層網(wǎng)絡(luò)可細(xì)分為簡(jiǎn)單前向網(wǎng)絡(luò)、反饋前向網(wǎng)絡(luò)和層內(nèi)互相連接的網(wǎng)絡(luò)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一種多層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一個(gè)典型的前向網(wǎng)絡(luò)。

某個(gè)神經(jīng)元 j 的輸入―輸出關(guān)系為

其中，θj為閥值，ωji為連接權(quán)，f(•)為變換函數(shù)，也稱(chēng)活化函數(shù)(activation function)

對(duì)于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，我們只可能在某種程度上去描述我們所了解的情況。同樣，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也只可能是在某種程度上對(duì)真實(shí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種模擬和逼近。

二、在工程造價(jià)中的運(yùn)用

成都市工程造價(jià)計(jì)價(jià)模式后選取了基礎(chǔ)類(lèi)型、結(jié)構(gòu)類(lèi)型、工期、層數(shù)、建址、層高、內(nèi)裝修、門(mén)窗、單位造價(jià)等10個(gè)影響工程造價(jià)和工程量的特征作為模型的輸入。考慮到各個(gè)工程中門(mén)和窗數(shù)量差別很大為提高估算的精度我們把門(mén)數(shù)量和窗數(shù)量作為輸入，其數(shù)量在工程施工圖紙上很容易查得，不需作復(fù)雜的計(jì)算。對(duì)于其他文字性表達(dá)的工程特征需轉(zhuǎn)變成數(shù)字后作為網(wǎng)絡(luò)的輸入。

很明顯的看出，測(cè)試樣本總體誤差率比較小，平均誤差為283%，基本滿(mǎn)足估算要求，隨著工程資料的不斷積累，選取有代表性的數(shù)據(jù)作為樣本，誤差將不斷縮小。

意義：

通過(guò)這次研究，我們了解了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理，即通過(guò)誤差反向傳播建立多層前饋網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)收斂過(guò)程,該過(guò)程主要包括三個(gè)層次,即輸入層、隱含層和輸出層。在訓(xùn)練中通過(guò)計(jì)算輸出值與期望值之間的誤差,來(lái)求解輸出層單元的一般化誤差,再將誤差進(jìn)行反向傳播,求出隱含層。并了解了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之上的建設(shè)項(xiàng)目的投資估算模型，了解了平滑指數(shù)法、類(lèi)比系數(shù)法、模糊數(shù)學(xué)估算法的基本原理與其自身的優(yōu)勢(shì)與不足，也讓我們更深刻地認(rèn)識(shí)到，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，作為90年代逐漸被運(yùn)用的人工智能技術(shù)之一，能像一個(gè)經(jīng)驗(yàn)深厚的造價(jià)師，根據(jù)工程類(lèi)型、特征及其相關(guān)情況,結(jié)合數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn),準(zhǔn)確的估算出其造價(jià)。我們也通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證了模型的可行性。對(duì)于我們從事建筑造價(jià)的大學(xué)生來(lái)說(shuō)，是一次難能可貴的研究機(jī)會(huì)，能夠較深層次的了解行業(yè)中的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。隨著中國(guó)改革開(kāi)放和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷深入，中國(guó)建筑企業(yè)在面臨很好的機(jī)遇的同時(shí)，也面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)?，F(xiàn)在的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制已表現(xiàn)得越來(lái)越明顯，他要求我們提高效率，盡快拿出自己招投標(biāo)方案，但是傳統(tǒng)的預(yù)算方法以及現(xiàn)行的計(jì)算軟件都必須花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間才能計(jì)算出結(jié)果，而且計(jì)算的結(jié)果準(zhǔn)確度還不是很高。怎樣解決這個(gè)問(wèn)題，成了建筑界的熱門(mén)話題。同時(shí)作為建設(shè)方的業(yè)主，他們同樣對(duì)快速預(yù)算很感興趣。因?yàn)榇_定工程造價(jià)是建設(shè)工作中十分重要的一環(huán)，在不同階段有著不同的方法。如建設(shè)前期的工程造價(jià)估算、初步設(shè)計(jì)階段編制概算、施工圖設(shè)計(jì)階段編制預(yù)算，特別是建設(shè)前的估算是我們工作的重點(diǎn)，因?yàn)樗俏覀冞M(jìn)行成本控制的起點(diǎn)。對(duì)于建設(shè)單位而言，它們不僅能在進(jìn)行設(shè)計(jì)招標(biāo)之前大致確定該工程的造價(jià)，而且還能在工程施工招標(biāo)前定出合理的標(biāo)底?？梢?jiàn)快速預(yù)算有其很現(xiàn)實(shí)的發(fā)展研究背景。近幾年許多學(xué)者都在這方面努力探索，并取得了很好成果。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)的快速發(fā)展應(yīng)用為工程快速預(yù)算提供了很好的思路。我們通過(guò)查閱資料了解了模糊數(shù)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合原理，認(rèn)識(shí)了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和工程預(yù)算原理的工程快速估價(jià)的模型，并通過(guò)住宅建筑估價(jià)模型的建立，說(shuō)明模型的實(shí)現(xiàn)方法且驗(yàn)證其實(shí)用性。這次研究對(duì)于行業(yè)經(jīng)驗(yàn)不足的我們十分寶貴，我們通過(guò)書(shū)籍等資料更加全方位的了解了我們未來(lái)所講從事的行業(yè)的知識(shí)，為我們以后的工作做了良好的鋪墊，積累了寶貴財(cái)富，我們將在了解這些專(zhuān)業(yè)知識(shí)之后熟練地運(yùn)用，以更好地促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展。（西華大學(xué)；四川；成都；610039）

參考文獻(xiàn)：

① 汪應(yīng)洛、楊耀紅，工程項(xiàng)目管理中的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法及其應(yīng)用［J］.中國(guó)工程科學(xué).2004,6(7):26-33.

② 袁曾仁，人工背景：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用［M］清華大學(xué)出版社，1991

第2篇：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理范文

1公路工程造價(jià)估算概述

1.1 公路工程造價(jià)估算的重要性

公路工程造價(jià)估算作為公路工程管理的重要組成部分其重要性主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

第一,公路工程造價(jià)的估算是實(shí)現(xiàn)工程成本控制的基礎(chǔ)。其中工程施工前期造價(jià)估算、施工前的編制預(yù)算以及施工圖設(shè)計(jì)階段的編制預(yù)算等環(huán)節(jié)作為工程造價(jià)估算的核心,同樣是公路工程施工成本控制的起點(diǎn),因此,實(shí)現(xiàn)公路工程造價(jià)的合理估算是實(shí)現(xiàn)工程成本控制的重要前提條件。

第二,公路工程造價(jià)的估算可以為施工企業(yè)成本控制計(jì)劃方案的制定提供重要的參考依據(jù)。施工企業(yè)通過(guò)工程造價(jià)的估算可以尋找到降低工程成本的有效途徑,從而為工程施工過(guò)程中施工成本的控制提供正確的方向。

第三,公路工程造價(jià)的估算可以幫助施工企業(yè)在進(jìn)行設(shè)計(jì)招標(biāo)前可以確定工程的大致造價(jià)。這樣一來(lái),施工企業(yè)在招標(biāo)的過(guò)程中就可以有效避免中間商的欺詐以及保標(biāo)等惡意行為的發(fā)生。

1.2 傳統(tǒng)公路工程造價(jià)估算中存在的問(wèn)題

盡管工程造價(jià)估算在公路工程建設(shè)中越來(lái)越受到人們的重視,但是由于受各方面因素的影響,在傳統(tǒng)公路工程造價(jià)估算中還存在一系列的問(wèn)題,其中我國(guó)傳統(tǒng)公路造價(jià)估算中主要存在如下幾個(gè)方面的問(wèn)題:一是相關(guān)規(guī)章制度的限制,造價(jià)估算結(jié)果往往與投標(biāo)報(bào)價(jià)相差懸殊;二是預(yù)算結(jié)果與概算結(jié)果差距較大,不利于工程實(shí)際造價(jià)的控制和確定;三是缺少對(duì)工程造價(jià)估算的有效監(jiān)督機(jī)制,從而使最終的造價(jià)結(jié)果變的十分不確定;四是由于各參與方利益的問(wèn)題,在進(jìn)行工程造價(jià)估算時(shí)很難早到平衡點(diǎn),以至于造價(jià)估算精度不能得到有效的保證。

2認(rèn)識(shí)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

2.1 模糊數(shù)學(xué)概述

(1)模糊數(shù)學(xué)的概念,我們通常說(shuō)的模糊就是指一些模棱兩可的、即可能又不可能、即是又不是的概念。而模糊數(shù)學(xué)就是要用數(shù)學(xué)的方法來(lái)表示那些模糊概念發(fā)生的可能性的大小,換句話講就是明確那些模糊概念所處的狀態(tài),從而利用數(shù)學(xué)的思想來(lái)解決那些模棱兩可的、不確定的實(shí)際問(wèn)題。

(2)模糊數(shù)學(xué)的數(shù)學(xué)描述,一般模糊數(shù)學(xué)的數(shù)學(xué)描述,多采用的是類(lèi)似與集合的數(shù)學(xué)表示方法。與集合的區(qū)別就在于模糊數(shù)學(xué)在表示集合元素時(shí)需要附帶一個(gè)稱(chēng)為隸屬函數(shù)值的參數(shù),其中該參數(shù)的值是隸屬函數(shù)與元素的值進(jìn)行運(yùn)算的結(jié)果。

2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述

(1)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概念,所謂的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)借鑒物理和生物技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的用來(lái)模仿人類(lèi)大腦神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的系統(tǒng),與人類(lèi)的大腦結(jié)構(gòu)相似,它也由大量的模擬神經(jīng)元所組成的,而且這些神經(jīng)元之間相互連接,并行工作,作為一個(gè)系統(tǒng)協(xié)同完成一系列復(fù)雜的信息處理活動(dòng)。

(2)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)和功能上都是模擬人腦的神經(jīng)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的,它同時(shí)作為模擬生物神經(jīng)元的一種計(jì)算方法,其基本原理是這樣的,與生物神經(jīng)元的基本原理相似,用那些具有突的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)來(lái)接受信息,并不斷的將接受到的信息累加起來(lái),這些信息有些是抑制神經(jīng)元,有些則是激發(fā)神經(jīng)元,對(duì)于那些激發(fā)神經(jīng)元,一旦積累到一定的閾值后,相應(yīng)的神經(jīng)元便會(huì)被激活,被激活的神經(jīng)元就會(huì)沿其稱(chēng)為軸突的部件向其它神經(jīng)元傳遞信息,并完成信息的處理。

2.3 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述

模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模糊數(shù)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有效結(jié)合的應(yīng)用研究成果。其中在模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中模糊數(shù)學(xué)的應(yīng)用體現(xiàn)在它可以根據(jù)那些假定的隸屬函數(shù)以及相應(yīng)的規(guī)律,用邏輯推理的方法去處理各種模糊的信息。

3模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在公路工程造價(jià)估算中的應(yīng)用

3.1 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的公路工程造價(jià)估算方法的實(shí)現(xiàn)

將模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于公路工程造價(jià)估算方面,是近年來(lái)公路工程造價(jià)估算發(fā)展的特點(diǎn)和重點(diǎn)。從本質(zhì)上來(lái)看,模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是一個(gè)系統(tǒng),它即有輸入又有輸出,與公路工程的造價(jià)估算十分相似,因?yàn)楣饭こ淘靸r(jià)估算就是在輸入公路工程施工的一系列要求和特點(diǎn)后輸出相應(yīng)結(jié)果的,所以與模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所提供的輸入輸出機(jī)制非常相似,其中結(jié)合模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理,基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的公路工程造價(jià)估算方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下。

第一，構(gòu)建已施工公路工程的造價(jià)信息庫(kù),其中包括應(yīng)經(jīng)施工的公路工程的各種特征因素以及工程造價(jià)等其他各方面的材料。

第二，結(jié)合擬建工程的施工需求來(lái)確定其包括評(píng)價(jià)指標(biāo)等在內(nèi)的各種特征因素的數(shù)據(jù)取值。

第三，按照模糊數(shù)學(xué)的思想法在已施工公路工程的造價(jià)信息庫(kù)中選取若干個(gè)(至少三個(gè))與擬建工程最相似的已施工的工程,將其作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其中,將信息庫(kù)中公路工程的各種特征因素值的隸屬度作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入向量,信息庫(kù)中公路工程的造價(jià)值作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出向量。

第四,將擬建公路工程的各種特征因素值的隸屬度作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入向量,通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)后所得到的輸出向量即為擬建公路工程的造價(jià)估算值。

第五,建立公路施工工程造價(jià)信息數(shù)據(jù),編制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的算法通用程序。將學(xué)習(xí)訓(xùn)練的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),然后合理設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)率,經(jīng)過(guò)一定次數(shù)的迭代運(yùn)算,有效提高公路工程造價(jià)估算結(jié)果的精度。

3.2 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的公路工程造價(jià)估算方法的優(yōu)點(diǎn)

基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的公路工程造價(jià)估算方法有效的克服了傳統(tǒng)上工程造價(jià)估算方法的一系列缺點(diǎn),與傳統(tǒng)的工程造價(jià)估算方法相比,其顯著優(yōu)點(diǎn)就在于造價(jià)估算的迅速以及估算結(jié)果的精確。其中該方法的優(yōu)點(diǎn)可以概括為如下幾點(diǎn)。

第一,模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中所采用的模糊數(shù)學(xué)可以對(duì)公路工程造價(jià)估算中的模糊信息進(jìn)行有效的處理,通過(guò)對(duì)已竣工的公路工程和計(jì)劃施工的公路工程的相似度進(jìn)行定量化描述,從而使模糊的公路工程造價(jià)問(wèn)題得以模型化。

第二,基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的公路工程造價(jià)估算方法的估算結(jié)果科學(xué)合理,因?yàn)樵摲椒ú捎玫氖腔跀?shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)計(jì)算分析,所以其結(jié)果受人為因素的影響較小。

第三,模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中所采用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)公路工程造價(jià)的估算具有很好的適應(yīng)性,與傳統(tǒng)的造價(jià)估算方法相比,該方法能更好的適應(yīng)公路工程造價(jià)的動(dòng)態(tài)變化。

第四,基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的公路工程造價(jià)估算方法是借助計(jì)算機(jī)來(lái)完成的,所以還具有運(yùn)算速度快和運(yùn)算精度高的優(yōu)點(diǎn)。

4結(jié)語(yǔ)

由于影響公路工程造價(jià)的因素比較多,而且各因素的構(gòu)成比較復(fù)雜,計(jì)算相對(duì)繁瑣,所以公路工程的造價(jià)估算具有很大的模糊性。對(duì)于使用傳統(tǒng)的工程造價(jià)估算方法而言,公路工程造價(jià)的估算將是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作。然而結(jié)合模糊數(shù)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論思想,利用工程之間所存在的相似性,使用基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的公路工程造價(jià)估算方法可以迅速的得出精確的工程造價(jià)估算結(jié)果。

第3篇：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理范文

【關(guān)鍵詞】 功率預(yù)測(cè) 短期預(yù)測(cè) 均方根誤差

發(fā)電與用電必須實(shí)時(shí)平衡是電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要特點(diǎn)，只有這樣系統(tǒng)才能保證安全和穩(wěn)定。因而無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)主要負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)的調(diào)頻、調(diào)峰、安排發(fā)電計(jì)劃和備用容量等業(yè)務(wù)。對(duì)于新能源發(fā)電方面，尤其以光伏和風(fēng)電為代表，當(dāng)其在電力系統(tǒng)中達(dá)到較高透率時(shí)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其輸出功率不僅有助于調(diào)度部門(mén)提前調(diào)整調(diào)度計(jì)劃來(lái)減輕光伏風(fēng)電間歇性對(duì)電網(wǎng)的影響，而且還可減少備用容量的安排，從而降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。因此，新能源功率預(yù)測(cè)在電網(wǎng)調(diào)度領(lǐng)域占有舉足輕重的地位，更精確的預(yù)測(cè)風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電功率有利于制定合理的電力調(diào)度計(jì)劃。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

對(duì)新能源發(fā)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)的研究較早起源于國(guó)外，尤其以丹麥、德國(guó)、瑞士、西班牙和日本等國(guó)的相關(guān)大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)為代表。上世紀(jì)90年代丹麥開(kāi)始大力發(fā)展風(fēng)電，促使了其不同公司或高校開(kāi)始研究新能源功率預(yù)測(cè)問(wèn)題。[1]相繼產(chǎn)生了多個(gè)產(chǎn)品，如Riso實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了Prediktor系統(tǒng)，丹麥技術(shù)大學(xué)開(kāi)發(fā)出WPPT（Wind Power Prediction Tool）系統(tǒng)，而后的用于風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的Zephry系統(tǒng)就是由Prediktor和WPPT整合而來(lái)，另外由ENFOR公司研發(fā)的用于光伏功率預(yù)測(cè)的SOLARFOR系統(tǒng)也比較有代表性；作為國(guó)際上較早大面積應(yīng)用新能源的德國(guó)，其Oldenburg大學(xué)開(kāi)發(fā)了Previento系統(tǒng)，德國(guó)太陽(yáng)能研究所開(kāi)發(fā)了風(fēng)電功率管理系統(tǒng)（WPMS）；西班牙Joen大學(xué)建立了19kW的光伏發(fā)電站驗(yàn)證其發(fā)電預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率[2]，通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，以實(shí)測(cè)的光伏板溫度、日照輻射強(qiáng)度為輸入值，以其I/V曲線為目標(biāo)函數(shù)，訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多層傳感器，求解出逼近實(shí)際工況的I/V曲線，建立了發(fā)電功率日照強(qiáng)度、板溫之間的函數(shù)關(guān)系，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，該系統(tǒng)2003年發(fā)電量預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的歷史相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.998。國(guó)內(nèi)方面光伏發(fā)電量預(yù)測(cè)技術(shù)研發(fā)起步較晚。華北電力大學(xué)[3]結(jié)合光伏組件數(shù)學(xué)模型和保定地區(qū)氣象資料，模擬了30MW光伏電站發(fā)電量數(shù)據(jù)，利用支持向量機(jī)回歸分析方法進(jìn)行功率預(yù)測(cè)，但該方法無(wú)實(shí)際光伏電站的實(shí)況發(fā)電量數(shù)據(jù)，缺乏實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)實(shí)際光伏電站發(fā)電量預(yù)報(bào)的指導(dǎo)意義有限。華中科技大學(xué)[4]利用該校屋頂光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)資料進(jìn)行研究，通過(guò)2005―2010年不同季節(jié)氣象因素與發(fā)電量之間的相關(guān)分析，得出光伏發(fā)電量與輻照度的相關(guān)性最大、溫度次之、風(fēng)速再次之。

2 功率預(yù)測(cè)方法及分類(lèi)

為提高功率預(yù)測(cè)精度，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)都在嘗試各種新的預(yù)測(cè)方法，主要的功率預(yù)測(cè)方法分類(lèi)如（圖1）。

時(shí)間序列分析是持續(xù)預(yù)測(cè)法中的一種，其認(rèn)為風(fēng)速、輻照強(qiáng)度預(yù)測(cè)值等于最近幾個(gè)風(fēng)速、輻照強(qiáng)度歷史數(shù)據(jù)的滑動(dòng)平均值，通常只是簡(jiǎn)單地把最近一點(diǎn)的觀測(cè)值作為下一點(diǎn)的預(yù)測(cè)值。該模型的預(yù)測(cè)誤差較大，且預(yù)測(cè)結(jié)果不穩(wěn)定。改進(jìn)的方法有ARMA模型法、卡爾曼濾波法。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法被廣泛用來(lái)解決非線性問(wèn)題的建模方法。它由大量簡(jiǎn)單元件相互連接而成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，具有高度的非線性，能夠進(jìn)行復(fù)雜的邏輯操作的非線性關(guān)系。其具有很多優(yōu)良性能，如非線性映射能力、自組織性和自適應(yīng)性能力、記憶聯(lián)想能力、容錯(cuò)能力等。

按照風(fēng)電或光伏功率預(yù)測(cè)的時(shí)間尺度可分為中長(zhǎng)期、短期和超短期預(yù)測(cè)。對(duì)于中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)或更長(zhǎng)時(shí)間尺度，主要用于風(fēng)光電場(chǎng)或電網(wǎng)的檢修維護(hù)計(jì)劃安排等的預(yù)測(cè)。對(duì)于30分鐘～72小時(shí)的預(yù)測(cè)，主要用于電力系統(tǒng)的功率平衡和經(jīng)濟(jì)調(diào)度、電力市場(chǎng)交易、暫態(tài)穩(wěn)定評(píng)估等稱(chēng)為短期功率預(yù)測(cè)。一般認(rèn)為不超過(guò)30分鐘的預(yù)測(cè)為超短期預(yù)測(cè)。從預(yù)測(cè)模型建立角度考慮，不同時(shí)間尺度的預(yù)測(cè)有本質(zhì)區(qū)別：0～3小時(shí)的預(yù)測(cè)主要由大氣條件的持續(xù)性決定，所以如果不通過(guò)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)也能得出較好的預(yù)測(cè)結(jié)果，如采用可得到更好結(jié)果。對(duì)于時(shí)間尺度超過(guò)3小時(shí)的預(yù)測(cè)，不考慮數(shù)值天氣預(yù)測(cè)無(wú)法反應(yīng)大氣運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)，所以難以得到較好的預(yù)測(cè)結(jié)果，所以通常的預(yù)測(cè)方法都采用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的數(shù)據(jù)。

基于物理方法的功率預(yù)測(cè)流程示意圖如下（以風(fēng)功率預(yù)測(cè)為例）。首先通過(guò)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)得到風(fēng)速、風(fēng)向等氣象數(shù)據(jù)，再根據(jù)電場(chǎng)周?chē)牡乩硇畔?shù)（等高線、粗糙度、障礙物、溫度分層等）采用軟件計(jì)算得到風(fēng)機(jī)輪轂高度的風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓等參數(shù)，最后根據(jù)風(fēng)機(jī)功率曲線計(jì)算得到風(fēng)電場(chǎng)輸出功率。因?yàn)樵诓煌娘L(fēng)向和溫度條件下，即使風(fēng)速相同，風(fēng)電場(chǎng)輸出功率也不相等，因此風(fēng)電場(chǎng)功率曲線是一族曲線，同時(shí)還應(yīng)考慮風(fēng)電機(jī)組故障和檢修的情況。對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行風(fēng)電功率預(yù)測(cè)時(shí)，可對(duì)所有的風(fēng)電場(chǎng)輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后求和得到區(qū)域總功率。

基于統(tǒng)計(jì)方法的風(fēng)電/光伏的功率預(yù)測(cè)不考慮風(fēng)速/輻照變化的物理過(guò)程，根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)找出天氣狀況與風(fēng)光電場(chǎng)出力的關(guān)系，然后根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)對(duì)電場(chǎng)輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)。

兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。物理方法無(wú)需大量的測(cè)量數(shù)據(jù)，但對(duì)大氣的物理特性及風(fēng)/光電場(chǎng)特性的數(shù)學(xué)描述要求較高，這些描述方程求解困難、計(jì)算量大。統(tǒng)計(jì)方法無(wú)需對(duì)求解方程，計(jì)算速度快，但需要大量歷史數(shù)據(jù)，采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘與訓(xùn)練，得到氣象參數(shù)與風(fēng)/光電場(chǎng)輸出功率的關(guān)系。目前的趨勢(shì)是將兩種方法混合使用，稱(chēng)之為綜合方法。

3 三種預(yù)測(cè)方法的對(duì)比

通過(guò)應(yīng)用三種統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)算法于某案例中對(duì)其預(yù)測(cè)精度進(jìn)行了對(duì)比。案例以某島嶼上的分布式風(fēng)光電站發(fā)電量為檢驗(yàn)對(duì)象，該電站由25臺(tái)30kw并網(wǎng)光伏逆變器、5臺(tái)50kw風(fēng)機(jī)組成，合計(jì)1000kw。選取2013年4月份的歷史功率數(shù)據(jù)和歷史數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)作為模型建立依據(jù)，5月份發(fā)電量作為預(yù)測(cè)對(duì)象（因?yàn)樵搮^(qū)域4，5月份天氣變化相對(duì)最小），并采用同時(shí)段的歷史功率數(shù)據(jù)對(duì)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

3.1 ARMA預(yù)測(cè)模型

3.1.1 ARMA模型的基本原理

ARMA模型也稱(chēng)為自回歸滑動(dòng)平均模型，是研究時(shí)間序列的重要方法之一，是由自回歸與滑動(dòng)平均兩種模型“混合”而成。常用于長(zhǎng)期追蹤資料的研究和用于具有季節(jié)變動(dòng)特征數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)中，所以可將其應(yīng)用于風(fēng)電光伏功率預(yù)測(cè)領(lǐng)域。

3.1.2 預(yù)測(cè)結(jié)果及誤差分析

運(yùn)用ARMA模型分別對(duì)5月1日9時(shí)0分至5月31日18時(shí)00分進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到原始風(fēng)電光伏總功率和預(yù)測(cè)功率。預(yù)測(cè)結(jié)果如（圖3、4）所示。

常見(jiàn)的預(yù)測(cè)誤差的評(píng)估方法有平均絕對(duì)誤差，均方根誤差，相關(guān)系數(shù)等。均方根誤差放大了出現(xiàn)較大誤差的點(diǎn)，能更好的反映光伏電站預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確度，因此本文采用均方根誤差RMSE對(duì)模型的誤差進(jìn)行評(píng)估。

其中，N-測(cè)試樣本數(shù)；P-裝機(jī)容量。

通過(guò)Matlab的計(jì)算，我們得到各項(xiàng)指標(biāo)結(jié)果如表1。

3.2 卡爾曼濾波預(yù)測(cè)模型

3.2.1 模型基本原理

卡爾曼濾波法運(yùn)用了濾波的基本思想，利用前一時(shí)刻預(yù)報(bào)誤差的反饋信息及時(shí)修正預(yù)報(bào)方程，以提高下一時(shí)刻的預(yù)報(bào)精度。要實(shí)現(xiàn)卡爾曼濾波法預(yù)測(cè)風(fēng)光功率，首先必須推導(dǎo)出正確的狀態(tài)方程和測(cè)量方程。因已通過(guò)時(shí)間序列分析建立了風(fēng)電功率時(shí)間序列的ARMA模型，故可將ARMA模型轉(zhuǎn)換到狀態(tài)空間，建立卡爾曼濾波的狀態(tài)方程和測(cè)量方程。

3.2.2 預(yù)測(cè)結(jié)果及誤差分析（如圖5、圖6）

通過(guò)Matlab的計(jì)算，我們得到各項(xiàng)指標(biāo)結(jié)果如（表2）。

3.3 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型

對(duì)于上文的ARMA模型和卡爾曼濾波模型都屬于線性模型，都必須先對(duì)模型結(jié)構(gòu)做出假設(shè)，然后對(duì)模型參數(shù)的估計(jì)得到預(yù)測(cè)值。因此，模型結(jié)構(gòu)的合理與否，直接影響到最終預(yù)測(cè)的精度。由于風(fēng)光電場(chǎng)功率具有高度的不確定性，因而單一的線性預(yù)測(cè)模型不足以挖掘其功率數(shù)據(jù)中的所有信息。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)、自組織和自適應(yīng)性，可以充分逼近任意復(fù)雜的非線性關(guān)系，所以本文選擇小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)風(fēng)光功率進(jìn)行非線性預(yù)測(cè)研究。

3.3.1 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法基本原理

小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，把小波基函數(shù)作為隱含層節(jié)點(diǎn)的傳遞函數(shù)，信號(hào)前向傳播的同時(shí)誤差反向傳播的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖7。

3.3.2 模型建立

首先采集四月份一整月的光伏風(fēng)電功率數(shù)據(jù)，每隔15min記錄一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，共有960個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，用前四月份30天的功率數(shù)據(jù)訓(xùn)練小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，最后用訓(xùn)練好多的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)之后的功率數(shù)據(jù)?；谛〔ㄉ窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的功率預(yù)測(cè)算法流程圖如圖8所示。

小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖9所示。

小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練：通過(guò)數(shù)據(jù)訓(xùn)練小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)反復(fù)訓(xùn)練100次。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試：用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)風(fēng)光功率，并對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。

3.3.3 預(yù)測(cè)結(jié)果

利用Matlab處理數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算，我們得到基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功率預(yù)測(cè)結(jié)果（圖10、11）。

預(yù)測(cè)結(jié)果分析：

本文采用了ARMA模型、卡爾曼濾波預(yù)測(cè)算法和小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)該島的分布式風(fēng)光電功率數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行了預(yù)測(cè)。分析表1～表3預(yù)測(cè)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)，我們得到以下認(rèn)識(shí)：小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中我們得到預(yù)測(cè)結(jié)果：超短期預(yù)測(cè)精確度誤差最小達(dá)到到7%，短期預(yù)測(cè)精確度誤差最小達(dá)到到9%，表明小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)結(jié)果已經(jīng)相當(dāng)精確。對(duì)小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)曲線與線性預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)曲線進(jìn)行對(duì)比，可以看到：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于光伏風(fēng)電功率的描繪更加平緩。

4 結(jié)論與展望

在對(duì)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，較為全面地論述了風(fēng)電、光伏功率預(yù)測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀和最新動(dòng)態(tài)，對(duì)當(dāng)前功率預(yù)測(cè)技術(shù)方法進(jìn)行了總結(jié)歸納，建立了針對(duì)某島嶼分布式風(fēng)光互補(bǔ)示范工程的高精度發(fā)電功率預(yù)測(cè)模型，成功實(shí)現(xiàn)了分布式電源總輸出（光伏風(fēng)電）的精確預(yù)測(cè)，實(shí)驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果表明：該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)次日短期和未來(lái)4小時(shí)超短期光伏發(fā)電出力，短期和超短期預(yù)測(cè)的月平均均方根誤差分別為9%和7%。

為了進(jìn)一步提高功率預(yù)測(cè)精度還需要提高數(shù)值天氣預(yù)報(bào)質(zhì)量，從而得到精度更高更豐富的區(qū)域氣象數(shù)據(jù)。因此需要盡快建立我國(guó)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)商業(yè)化服務(wù)，進(jìn)一步完善風(fēng)電光伏功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，提高預(yù)測(cè)精度。

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第4篇：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理范文

[關(guān)鍵詞] 客戶(hù)需求 預(yù)報(bào) RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

一、引言

在經(jīng)濟(jì)全球化的激烈競(jìng)爭(zhēng)中，客戶(hù)需求預(yù)報(bào)在企業(yè)決策中發(fā)揮著重要的作用，客戶(hù)需求預(yù)報(bào)主要是預(yù)報(bào)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)客戶(hù)對(duì)某產(chǎn)品的需求數(shù)量和發(fā)展趨勢(shì)。產(chǎn)品需求信息的提前準(zhǔn)確獲取，可以縮短產(chǎn)品的上市時(shí)間并提高客戶(hù)滿(mǎn)意度。同時(shí)客戶(hù)需求預(yù)報(bào)也是解決不確定需求物流配送問(wèn)題的一個(gè)重要方法，通過(guò)客戶(hù)需求預(yù)報(bào)可以將不確定需求問(wèn)題轉(zhuǎn)化為確定需求問(wèn)題。本文采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)客戶(hù)需求進(jìn)行預(yù)報(bào)，以期得到有效結(jié)果。該研究有利于了解RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在客戶(hù)需求預(yù)報(bào)問(wèn)題中的應(yīng)用價(jià)值。

二、基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的客戶(hù)需求預(yù)報(bào)

RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是以徑向基函數(shù)作為隱含層神經(jīng)元激活函數(shù)的三層前向型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，RBF網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性主要在于具有最佳逼近和全局逼近的性質(zhì)，因此可以用于預(yù)測(cè)、識(shí)別、函數(shù)逼近和過(guò)程建模等問(wèn)題。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。第一層為輸入層，由信號(hào)源節(jié)點(diǎn)組成，輸入層節(jié)點(diǎn)只傳遞信號(hào)到第二層；第二層為隱含層，隱含層采用徑向基函數(shù)作為網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)，隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)視所描述問(wèn)題而定，從輸入層空間到隱含層空間的變換是非線性的；第三層為輸出層，它對(duì)輸入模式的作用作出響應(yīng)，輸出層節(jié)點(diǎn)計(jì)算由隱含層節(jié)點(diǎn)給出的基函數(shù)的線性組合。整個(gè)RBF網(wǎng)絡(luò)可以看作是非線性基函數(shù)的線性組合。

RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸出值計(jì)算公式如下所示:

;式中RBF網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)采用高斯函數(shù)，表示輸出層第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸出值，表示隱含層第i個(gè)節(jié)點(diǎn)到輸出層第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接權(quán)值，x表示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入向量，表示隱含層第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的中心，M表示隱含層節(jié)點(diǎn)總數(shù)，表示歐氏函數(shù)，表示偏置量，表示隱含層中心寬度。

基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的客戶(hù)需求預(yù)報(bào)包括訓(xùn)練樣本的選取、待測(cè)樣本的選取與RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需求預(yù)報(bào)等三部分組成。根據(jù)客戶(hù)需求歷史信息，采用此預(yù)報(bào)方法可以得到相應(yīng)的預(yù)報(bào)結(jié)果。此預(yù)報(bào)方法各組成部分的關(guān)系如圖2所示。

本文選取客戶(hù)需求數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)：以某客戶(hù)需求發(fā)生時(shí)間t(1)、t(2)、…、t(n)對(duì)應(yīng)的客戶(hù)需求量d(1)、d(2)、…、d(n)作為訓(xùn)練樣本。當(dāng)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成訓(xùn)練學(xué)習(xí)后，就可以對(duì)未來(lái)某時(shí)刻的客戶(hù)需求量進(jìn)行超前預(yù)報(bào)。

三、計(jì)算示例

為了驗(yàn)證此預(yù)報(bào)方法的有效性，以國(guó)內(nèi)某公司某產(chǎn)品的銷(xiāo)售數(shù)據(jù)為例，對(duì)此產(chǎn)品的需求量進(jìn)行了預(yù)報(bào)。此產(chǎn)品的需求數(shù)據(jù)如下表所示：

本文選取2003年～2006年的歷史需求數(shù)據(jù)組成訓(xùn)練樣本，采用提出的RBF客戶(hù)需求預(yù)報(bào)方法對(duì)2007年的產(chǎn)品需求量進(jìn)行超前預(yù)報(bào)。2007年客戶(hù)需求量的超前預(yù)報(bào)值和誤差如表2所示：

由表2可知，采用基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)報(bào)方法對(duì)客戶(hù)需求量進(jìn)行超前一個(gè)月至十二個(gè)月預(yù)報(bào)，其平均誤差為3.27%。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理，描述了客戶(hù)需求信息訓(xùn)練樣本和待測(cè)樣本選取等內(nèi)容，提出了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的客戶(hù)需求預(yù)報(bào)方法。最后以某公司的產(chǎn)品銷(xiāo)售數(shù)據(jù)為例，采用此預(yù)報(bào)方法對(duì)其產(chǎn)品需求進(jìn)行了超前一個(gè)月至十二個(gè)月的預(yù)報(bào)，平均預(yù)報(bào)誤差小于4％，證明了此方法的可行性和有效性。

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第5篇：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理范文

[關(guān)鍵詞]人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；旅游物流；需求預(yù)測(cè)

[DOI]1013939/jcnkizgsc201538051

1引言

旅游物流對(duì)廣西地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展至關(guān)重要，準(zhǔn)確把握、預(yù)測(cè)旅游物流需求有助于有關(guān)部門(mén)制定合理的旅游物流規(guī)劃、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、提高居民生活水平。國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)一定的方法和模型確定了影響旅游物流能力的關(guān)鍵要素，為旅游物流需求的預(yù)測(cè)提供了一定的理論基礎(chǔ)，而在物流需求預(yù)測(cè)方面也提出了很多如時(shí)間序列模型、灰色預(yù)測(cè)、回歸分析等具有創(chuàng)新性和實(shí)踐意義的方法。由于旅游物流具有的獨(dú)特性和負(fù)責(zé)性使得這些模型及分析方法在前提條件、適用范圍和側(cè)重點(diǎn)的選取方面具有一定的困難，因此在實(shí)際應(yīng)用中各有利弊。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以將定量或定性的信息等勢(shì)的分布貯存于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各神經(jīng)元，有很強(qiáng)的魯棒性和容錯(cuò)性，通過(guò)建立基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)模型，利用Braincell軟件進(jìn)行計(jì)算以期達(dá)到精確預(yù)測(cè)旅游物流需求的目的。

2旅游物流的需求界定

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，關(guān)于旅游物流需求的定義至今仍沒(méi)有一個(gè)令各方滿(mǎn)意的結(jié)論。物流服務(wù)貫穿了整個(gè)旅游活動(dòng)過(guò)程中，旅游物流可以看作為了使旅游消費(fèi)者獲得更好地滿(mǎn)足感和旅游體驗(yàn)，與旅游相關(guān)的主體提供讓旅游消費(fèi)者更為暢通流動(dòng)的旅游服務(wù)，與此相應(yīng)的旅游物流的能力指提供的旅游服務(wù)內(nèi)容以及相關(guān)主體使用物流設(shè)施對(duì)旅游物流活動(dòng)進(jìn)行計(jì)劃、組織、協(xié)調(diào)和控制的能力，到旅游物流的具體環(huán)節(jié)，可以從涉及旅游者的吃、住、行、購(gòu)、游、娛等方面界定旅游相關(guān)主體運(yùn)用物流設(shè)施為游客提供旅游服務(wù)的能力。文中對(duì)旅游物流需求的預(yù)測(cè)可以從往年的旅游物流能力方面進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)旅游物流需求可以較好地規(guī)劃未來(lái)年份旅游業(yè)發(fā)展方向，對(duì)物流設(shè)施和設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的投入，減少資源的浪費(fèi)及設(shè)施投入不足的狀況。

旅游物流能力是指旅游服務(wù)主體向旅游消費(fèi)者從“吃、住、行、購(gòu)、游、娛”6個(gè)方面提供服務(wù)的能力，旅游物流需求可根據(jù)這6方面來(lái)選取指標(biāo)，但是旅游物流需求預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性不僅受到旅游物流的獨(dú)特性的制約，還受到一些客觀性條件的影響。如物流統(tǒng)計(jì)制度不健全，目前，我國(guó)仍沒(méi)有建立系統(tǒng)全面的物流統(tǒng)計(jì)制度，更沒(méi)有涉及旅游物流領(lǐng)域；物流統(tǒng)計(jì)沒(méi)有涉及物流活動(dòng)的全過(guò)程；物流統(tǒng)計(jì)指標(biāo)過(guò)于單一。此外，國(guó)內(nèi)只有基本的貨物運(yùn)輸量和貨物周轉(zhuǎn)量統(tǒng)計(jì)，其他與物流相關(guān)的指標(biāo)沒(méi)有公開(kāi)的統(tǒng)計(jì)資料，也沒(méi)有權(quán)威的統(tǒng)計(jì)方法和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，致使物流需求預(yù)測(cè)不能通過(guò)直接指標(biāo)來(lái)衡量需求規(guī)模的大小。

3基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的旅游物流需求預(yù)測(cè)模型的建立

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有非線性、曲線擬合能力、學(xué)習(xí)能力和抗干擾能力，是一種通用的非線性函數(shù)逼近工具。通過(guò)對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，特別適用于構(gòu)造非線性預(yù)測(cè)函數(shù)，而且精度可達(dá)到預(yù)定的要求。

31預(yù)測(cè)領(lǐng)域中的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型簡(jiǎn)介

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)正向輸入，反向傳播誤差不斷迭代的學(xué)習(xí)過(guò)程，直到誤差減到可以接受的程度。一般包括輸入層、隱含層和輸出層的單隱含層網(wǎng)絡(luò)就能以任意精度表示并揭示任何連續(xù)函數(shù)所蘊(yùn)含的非線性關(guān)系。其中：

（1）工作信號(hào)正向傳播。輸入信號(hào)從輸入層經(jīng)過(guò)隱含層，傳向輸出層，在輸出端產(chǎn)生輸出信號(hào)，這是工作信號(hào)的正向傳播。在信號(hào)的正向傳播過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值是固定不變的，上一層神經(jīng)元的只影響下一層神經(jīng)元的狀態(tài)，即正向影響。如果在輸出層不能得到期望的輸出，則轉(zhuǎn)入誤差信號(hào)反向傳播。

（2）誤差信號(hào)反向傳播。網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際的輸出與所期望的輸出之間差值即為誤差信號(hào)，誤差信號(hào)由輸出端開(kāi)始逐層向前傳播，即誤差信號(hào)的反向傳播。在誤差信號(hào)反向傳播中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值根據(jù)誤差的反饋進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)不斷地對(duì)權(quán)值的修正，使實(shí)際輸出更加接近期望輸出。

（3）預(yù)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)流程。通過(guò)了解工作信號(hào)與誤差信號(hào)的傳播方向，可以清楚地了解預(yù)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作流程。預(yù)測(cè)開(kāi)始時(shí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)讀入樣本、權(quán)值，通過(guò)計(jì)算輸入層的輸入得出結(jié)果傳遞到輸出層，在輸出層進(jìn)行計(jì)算，最后在計(jì)算輸出值與期望值的誤差。若誤差小于確定值則計(jì)算結(jié)束，若誤差大于確定值則繼續(xù)回到前兩層進(jìn)行權(quán)值調(diào)整，把調(diào)整后的權(quán)值重新輸入到模型中，直到誤差小于設(shè)定的確定值。

本文應(yīng)用Braincell神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算與分析。

32BrainCell軟件及實(shí)現(xiàn)

321BrainCell 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理

BrainCell 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用誤差反向傳播學(xué)習(xí)算法，算法從兩個(gè)方面（信號(hào)的前向傳播和誤差的反向傳播）反復(fù)進(jìn)行迭代學(xué)習(xí)，與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模式基本原理相同。

322BrainCell 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)步驟

（1）數(shù)據(jù)的預(yù)處理和后處理。為方便的計(jì)算減少誤差，保證數(shù)據(jù)同一量綱，需要將數(shù)據(jù)歸一化為區(qū)域[0，1]之間數(shù)據(jù)。在實(shí)際的預(yù)測(cè)模型中當(dāng)數(shù)據(jù)接近0或1的時(shí)候訓(xùn)練效果會(huì)明顯下降。因此，為了避免數(shù)據(jù)落入最大飽和區(qū)，保持?jǐn)?shù)據(jù)的原有特征，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將數(shù)據(jù)規(guī)范到[015，085]來(lái)進(jìn)行修正。模型中采用反歸一化處理輸出數(shù)據(jù)。

（2）網(wǎng)絡(luò)層數(shù)目的確定。由Kolmogorov定理可知，含有一個(gè)神經(jīng)元隱含層的三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以從任意精度逼近一個(gè)從輸入到輸出的映射關(guān)系，因此在Braincell神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中采用含有單隱層的三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[2]。

（3）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的確定。輸入層節(jié)點(diǎn)的多少與評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)是相對(duì)應(yīng)的。

（4）網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。假設(shè)訓(xùn)練樣例是形式（x，y），其中x為輸入向量，y為輸出值。N為輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)，M為輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)。從單位i到單位j的輸入表示xij，單位i 到單位j的權(quán)值表示W(wǎng)ij。一是創(chuàng)建具有N 個(gè)輸入單位，M 個(gè)輸出單位的BrainCell 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；二是用隨機(jī)數(shù)（0 或1）初始化某些數(shù)字變量網(wǎng)絡(luò)權(quán)值Wij；三是對(duì)于第k個(gè)訓(xùn)練樣例（a，b），把入跟著網(wǎng)絡(luò)前向傳播，并計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)單元x的輸出Qx，使誤差沿著反向傳播；四是對(duì)于每個(gè)輸出單元u，計(jì)算它的誤差項(xiàng)；五是對(duì)于每個(gè)隱含單元h，計(jì)算它的誤差項(xiàng)；六是利用誤差項(xiàng)更新調(diào)整每個(gè)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值；七是重復(fù)三到六點(diǎn)，直到完成指定的迭代次數(shù)或者是其誤差值達(dá)到可接受的范圍。

33神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的旅游物流需求預(yù)測(cè)模型的建立

331模型中數(shù)據(jù)指標(biāo)確定

目前我國(guó)仍沒(méi)有健全的物流統(tǒng)計(jì)制度，因此實(shí)際工作中收集旅游物流需求數(shù)據(jù)十分困難。這里采用間接指標(biāo)法――利用與旅游物流需求相關(guān)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)建立旅游物流需求的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)體系，通過(guò)數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行總結(jié)與推導(dǎo)，確定旅游物流需求模型。

旅游物流需求是一種派生需求，這種需求的大小與其本身發(fā)展有著密切的關(guān)系。從宏觀層面上考慮主要有內(nèi)外兩部分因素：旅游業(yè)自身發(fā)展的狀況及外部環(huán)境的影響。從微觀層面來(lái)說(shuō)，旅游業(yè)自身發(fā)展的狀況是旅游物流需求的關(guān)鍵因素。旅游業(yè)產(chǎn)值越高，旅游物流需求增長(zhǎng)隨之增加，反之亦然。由此，本文選取旅游總收入和接待人數(shù)作為預(yù)測(cè)旅游物流需求的指標(biāo)。其次，影響旅游物流的其他關(guān)鍵因素就是旅游行業(yè)本身所投入的設(shè)施、人員、公路鐵路旅客周轉(zhuǎn)量等因素。根據(jù)旅游物流能力的理解從“吃、住、行、購(gòu)、游、娛”等方面進(jìn)行指標(biāo)的選取，如“吃、住”方面使用餐飲住宿從業(yè)人數(shù)、星級(jí)飯店數(shù)目衡量；“行”使用公路、鐵路旅客的周轉(zhuǎn)量來(lái)衡量等；“游”則使用旅行社從業(yè)人數(shù)等方面來(lái)衡量。這些因素都對(duì)行業(yè)的產(chǎn)值有較大的影響。因此，在模型中可將這些相關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作為旅游物流需求規(guī)模的影響因素。由此可選擇如下輸入層指標(biāo)：星級(jí)飯店數(shù)X1、接待入境旅游者平均每人消費(fèi)額X2、餐飲住宿業(yè)從業(yè)人數(shù)X3、旅行社從業(yè)人數(shù)X4、鐵路旅客周轉(zhuǎn)量X5、公路旅客周轉(zhuǎn)量X6、旅游部門(mén)游船年末實(shí)有船數(shù)X7，旅游部門(mén)旅游客車(chē)年末實(shí)有數(shù)X8，共有8個(gè)。而把旅游業(yè)的年收入Y1與年接待入境旅游者人數(shù)Y2作為物流需求預(yù)測(cè)的目標(biāo)。

332數(shù)據(jù)來(lái)源

本文選取的數(shù)據(jù)資料來(lái)源于廣西壯族自治區(qū)歷年統(tǒng)計(jì)年鑒、中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒、中國(guó)旅游年鑒，如表1所示。根據(jù)樣本數(shù)據(jù)選取原則，將2005年和2012年的數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)測(cè)試樣本，最后用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)2014―2016年的物流需求規(guī)模。

333廣西旅游物流需求的BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

（1）樣本數(shù)據(jù)的歸一化處理。選取X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8作為廣西旅游物流需求預(yù)測(cè)BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入，Y1，Y2為BP網(wǎng)絡(luò)的輸出。根據(jù)BP 的本身特點(diǎn)，對(duì)輸入層數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化時(shí)，采用如下公式：y=log[JB（（]x[JB））]/10。對(duì)輸出層數(shù)據(jù)則使用歸反一化處理，公式如下：P=log[JB（（]tT[JB））]/10。

（2）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的確定。根據(jù)構(gòu)建好的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，可以確定輸入層的節(jié)點(diǎn)數(shù)為8，輸出層的指標(biāo)數(shù)為2。

（3）網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。以traindx作為訓(xùn)練函數(shù)，利用matlab計(jì)算?？芍谧畲笥?xùn)練次數(shù)為200次，目標(biāo)誤差為001，學(xué)習(xí)率設(shè)置為003，誤差曲線收斂于目標(biāo)001，進(jìn)過(guò)45次迭代后，網(wǎng)絡(luò)達(dá)到目標(biāo)要求，訓(xùn)練誤差圖見(jiàn)下圖。

訓(xùn)練誤差圖

通過(guò)設(shè)置的數(shù)據(jù)，使用Braincell軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，選取全部數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)組，2010―2013年的樣本作為將預(yù)測(cè)樣本，輸入模型可得2010―2013年的預(yù)測(cè)值見(jiàn)表2。

據(jù)表3可以看出，預(yù)測(cè)效果較好，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的預(yù)測(cè)，誤差能夠控制在3%以?xún)?nèi)就算比較準(zhǔn)確。因此，基于與旅游物流相關(guān)的其他經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)旅游物流需求有一定的實(shí)用價(jià)值。

4結(jié)論

根據(jù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論建立的旅游物流需求預(yù)測(cè)模型，通過(guò)Braincell神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)特征，運(yùn)用traindx函數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練，在訓(xùn)練過(guò)程中對(duì)權(quán)值進(jìn)行不斷修正，誤差比率控制合適的在范圍內(nèi)，使網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出向量逐漸地接近期望的輸出值。最后把仿真的預(yù)測(cè)結(jié)果與真實(shí)量進(jìn)行初步比較分析，得出的結(jié)果能夠證明使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)旅游物流的預(yù)測(cè)精度較高。因此可以得出以下的結(jié)論：用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立模型，可以準(zhǔn)確地把與旅游物流相關(guān)的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)與目標(biāo)本身的需求量進(jìn)行結(jié)合，可得到較為精準(zhǔn)的旅游物流需求預(yù)測(cè)值。由此可以推斷，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為高度的非線性體系，能夠?qū)?jīng)濟(jì)系統(tǒng)中個(gè)變量之間的非線性關(guān)系進(jìn)行高精度的預(yù)測(cè)，將其運(yùn)用在物流領(lǐng)域中的應(yīng)用具有更加廣闊的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

參考文獻(xiàn)：

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第6篇：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理范文

只有清楚地了解電梯控制系統(tǒng)的運(yùn)行原理才能夠及時(shí)準(zhǔn)確的診斷出電梯故障原因，因此清楚的了解電梯運(yùn)行原理,每一個(gè)電梯維修人員必須要做到。電梯運(yùn)行過(guò)程總體上可分為以下幾個(gè)階段：第一、登記層外召喚信號(hào)和登記內(nèi)選指令階段；第二、電梯門(mén)關(guān)閉或者電梯按照系統(tǒng)指令停運(yùn)階段；第三、啟動(dòng)階段；第四、在到達(dá)信號(hào)記錄的樓層前進(jìn)行減速制動(dòng)；第五、平層開(kāi)門(mén)階段。在整個(gè)過(guò)程中電梯需要從外界接收信號(hào)并處理，然后完成相應(yīng)的指令或者輸出信號(hào)，由此可以將電梯看作是一個(gè)完整的獨(dú)立的系統(tǒng)，只需要外界給予相應(yīng)的信號(hào)就可以自動(dòng)的做出動(dòng)作。電梯系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)雜的構(gòu)件緊密的結(jié)合在一起，正是如此才使得電梯系統(tǒng)故障具有了復(fù)雜性、層次性、相關(guān)性以及不確定性的特點(diǎn)。

二、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基本原理

生物學(xué)上的神經(jīng)是由一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單的神經(jīng)元相互連接進(jìn)而形成了復(fù)雜的龐大的神經(jīng)系統(tǒng)，同理，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是由大量簡(jiǎn)單的處理單元相互連接形成的復(fù)雜的智能系統(tǒng)。單獨(dú)的處理單元類(lèi)似于一個(gè)神經(jīng)元，是一個(gè)可以接受不同信息但是只輸出一種信息的結(jié)構(gòu)單位。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與生物學(xué)神經(jīng)系統(tǒng)相似的是具有自我修改能力，它可以同時(shí)接收大量的數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)一的分析處理，進(jìn)而輸出相應(yīng)的處理結(jié)果。這就使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有了高度容錯(cuò)性、高度并行性、自我修改性、學(xué)習(xí)性以及高度復(fù)雜性，也正是由于這些特性才使的利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠及時(shí)準(zhǔn)確的查明電梯故障原因并得出故障解決方案。電梯故障診斷中應(yīng)用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分為三個(gè)層次：輸入層、接收外部信號(hào)或者是電梯自我檢測(cè)信息（如載重信息）；隱含層、對(duì)接收到了大量數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析處理；輸出層、將記錄著動(dòng)作命令的數(shù)據(jù)傳送出來(lái)。在電梯出現(xiàn)故障時(shí)，首先可以通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型快速確定故障發(fā)生在哪一層達(dá)到節(jié)約時(shí)間的目的。但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也會(huì)因?yàn)槭諗克俣冗^(guò)于慢、訓(xùn)練強(qiáng)度太大或者是選擇的網(wǎng)絡(luò)模型不好等問(wèn)題導(dǎo)致診斷結(jié)果受到影響。

三、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在電梯故障診斷中的應(yīng)用分類(lèi)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型已經(jīng)成為了如今電梯故障診斷中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)模型，相比于傳統(tǒng)方式它具有診斷速度快、故障原因命中率高的優(yōu)點(diǎn)，因此引起了各方面專(zhuān)業(yè)人士的強(qiáng)烈關(guān)注，并在他們的不懈努力下得到了發(fā)展與創(chuàng)新。它跨越多個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域、通過(guò)對(duì)各種復(fù)雜的高難度工作的不斷的發(fā)展與改進(jìn)出現(xiàn)了越來(lái)越多的應(yīng)用模型，下面主要介紹了當(dāng)前應(yīng)用最普遍的BP網(wǎng)絡(luò)模型，并且簡(jiǎn)單的引入并介紹了近年來(lái)新興的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和遺傳小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

（一）BP網(wǎng)絡(luò)模型

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用最廣泛的一種，它多應(yīng)用的誤差反向傳播算法使其在模式識(shí)別、診斷故障、圖像識(shí)別以及管理系統(tǒng)方面具有相對(duì)先進(jìn)性?；贐P網(wǎng)絡(luò)的電梯故障診斷技術(shù)就是通過(guò)學(xué)習(xí)故障信息、診斷經(jīng)驗(yàn)并不斷訓(xùn)練，并將所學(xué)到的知識(shí)利用各層次之間節(jié)點(diǎn)上的權(quán)值從而表達(dá)出來(lái)。BP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要診斷步驟主要可以分為三步。第一步：對(duì)輸入輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，將數(shù)據(jù)映射到特定的區(qū)間。第二步：建立BP網(wǎng)絡(luò)模型，訓(xùn)練BP網(wǎng)絡(luò)模型。第三：通過(guò)已經(jīng)訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)原來(lái)的樣本進(jìn)行全面的檢測(cè)。算法步驟：a、在一定的取值范圍內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化；b、確定輸入值數(shù)值大小，計(jì)算出預(yù)期輸出量；c、用實(shí)際輸出的值減去上一步得到的數(shù)值；d、將上一步得到的誤差分配到隱含層，從而計(jì)算出隱含層的誤差；e、修正輸出層的權(quán)值和閾值，修正隱含層的權(quán)值；f、修正隱含層的閾值，修正隱含層和輸入層的權(quán)值。

（二）遺傳小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

遺傳算法運(yùn)用了生物界的優(yōu)勝劣汰、適者生存的思想對(duì)復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化，適用于復(fù)雜的故障，起到了優(yōu)化簡(jiǎn)化問(wèn)題的作用。對(duì)局部數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析是小波法最大的特點(diǎn)，所以它被譽(yù)為“數(shù)字顯微鏡”。遺傳算法小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是運(yùn)用小波進(jìn)行分解的方法分解模擬故障信號(hào)，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化，將歸一化后的數(shù)值輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中。它融合了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析和遺傳算法三者所有的優(yōu)點(diǎn)?；谶z傳小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電梯故障診斷的一般步驟為：測(cè)試節(jié)點(diǎn)信號(hào)采樣、小波分解、故障特征量提取、歸一化得到訓(xùn)練樣本集、遺傳算法優(yōu)化、得到故障類(lèi)型。遺傳小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在故障原因復(fù)雜、數(shù)據(jù)信息量巨大的電梯系統(tǒng)的應(yīng)用中能夠發(fā)揮更大的作用。

（三）模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型就是創(chuàng)新性的將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊理論結(jié)合到一起。它采用了廣義的方向推理和廣義的前向推理兩種推理方式。與其它兩種模型不同的是，它的語(yǔ)言邏輯、判斷依據(jù)和結(jié)論都是模糊的。但是它的數(shù)據(jù)處理能力還有自我學(xué)習(xí)能力并沒(méi)有因此而變差，反而更加豐富了它的定性知識(shí)的內(nèi)容。在處理實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，首先要建立所有可能發(fā)生的故障的完整集合，其次將所有的故障發(fā)生原因歸入到同一個(gè)集合中去，最后就是建立故障和原因的關(guān)系矩陣。分別叫做模糊故障集、模糊原因集、模糊關(guān)系矩陣。相較于BP網(wǎng)絡(luò)模型，這種模型更加的簡(jiǎn)單易行，充分發(fā)揮了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯的優(yōu)點(diǎn)，不會(huì)因?yàn)楣收显蜻^(guò)于復(fù)雜而失去診斷的準(zhǔn)確性，在原本豐富定性知識(shí)和強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力的基礎(chǔ)上具有了很大的自我訓(xùn)練能力。

四、結(jié)語(yǔ)

第7篇：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理范文

關(guān)鍵詞：模擬電路；故障診斷；模糊數(shù)學(xué)；bp網(wǎng)絡(luò)；模糊bp網(wǎng)絡(luò)

0引言

電路故障是指在規(guī)定的條件下，電路工作時(shí)它的一個(gè)或幾個(gè)性能參數(shù)不能保持在要求的上、下限之間，其結(jié)構(gòu)、組件、元器件等出現(xiàn)性能減退、老化、破損、斷裂、擊穿等現(xiàn)象，喪失了在規(guī)定條件和環(huán)境下完成所需功能的能力。

長(zhǎng)期以來(lái)，學(xué)界對(duì)模擬電路工作特點(diǎn)的研究已相當(dāng)深入，但對(duì)于故障診斷方法的研究卻困難較大，這是由于模擬電路本身的特性決定的：1）輸入激勵(lì)和輸出響應(yīng)都是連續(xù)量，模擬電路中的故障模型復(fù)雜，量化難度大；2）模擬電路信號(hào)量程寬，不管電壓、電流的量程還是頻率都可達(dá)十幾個(gè)數(shù)量級(jí)，測(cè)量難度大；3）模擬電路中的元器件參數(shù)具有容差，導(dǎo)致電路的故障狀態(tài)的模糊性，而無(wú)法準(zhǔn)確定位；4）模擬電路中存在廣泛的反饋回路和非線性問(wèn)題，使計(jì)算的難度更加復(fù)雜。因此，學(xué)界提出了許多模型和方法來(lái)完成對(duì)某些符合特定條件的模擬電路的故障診斷。其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的使用就相當(dāng)普遍，在硬和軟故障診斷中都有應(yīng)用，因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)針對(duì)模擬電路故障診斷有較好的適用性，這主要體現(xiàn)在：1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模并行處理特點(diǎn)，大大提高了診斷效率；2）自適應(yīng)與自組織能力使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在學(xué)習(xí)和訓(xùn)練中改變權(quán)重值，發(fā)展出新的功能。同時(shí)，模糊數(shù)學(xué)也與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，這是利用了模糊數(shù)學(xué)對(duì)待診斷模擬元器件的故障不確定性進(jìn)行量化處理，能夠有效克服模擬電路元器件因?yàn)槿莶?、非線性及噪聲造成的電路參數(shù)模糊性。

本文的研究目的就是分別利用單純bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法建立模擬電路故障診斷模型，利用電路仿真收集電路不同工作狀態(tài)下的關(guān)鍵點(diǎn)電壓，代入診斷模型并得到診斷結(jié)果。根據(jù)各網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果分析比較各診斷模型的優(yōu)缺點(diǎn)，找出模糊數(shù)學(xué)對(duì)改進(jìn)模擬電路故障診斷模型的具體表現(xiàn)。

1模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷模型

1.1典型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷模型介紹

圖1顯示的是一個(gè)典型的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，該模型由原始知識(shí)獲取（fundamental knowledge acquire,fka）、特征參數(shù)處理（characteristic parameter produce,cdp）、知識(shí)提?。╧nowledge extracted,ke）、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)庫(kù)（experience knowledge base,ekb）、學(xué)習(xí)樣本集（learning sample set,lss）和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（fuzzy neural networks,fnn）共6個(gè)模塊共同組成，其工作流程是：

圖1 典型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷模型

1）原始知識(shí)獲取模塊通過(guò)對(duì)電路工作原理進(jìn)行分析，模擬或仿真各類(lèi)故障發(fā)生時(shí)輸入和輸出參數(shù)，從而獲取原始知識(shí)（x，y），將其傳入知識(shí)提取模塊中供系統(tǒng)學(xué)習(xí)，所得經(jīng)驗(yàn)集存入經(jīng)驗(yàn)知識(shí)庫(kù)中；

2）將原始知識(shí)和已經(jīng)存放在經(jīng)驗(yàn)知識(shí)庫(kù)中的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)（初始庫(kù)可為空）一起輸入學(xué)習(xí)樣本組織模塊中，進(jìn)行學(xué)習(xí)樣本的構(gòu)建，合成訓(xùn)練樣本集為（x1，y1）；

3）將（x1，y1）輸入到模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊，學(xué)習(xí)訓(xùn)練，并在達(dá)到指定精度后停止；

4）將從模擬電路中獲得的實(shí)測(cè)參數(shù)xc輸入至特征參數(shù)提取模塊中，完成數(shù)據(jù)分析和處理，輸出特征參數(shù)數(shù)據(jù)xc'；

5）將特征參數(shù)數(shù)據(jù)輸入到學(xué)習(xí)收斂后的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，進(jìn)行診斷推理，得出診斷結(jié)果yc'；

6）將得到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)集（xc'，yc'）輸入學(xué)習(xí)樣本組織模塊，動(dòng)態(tài)增強(qiáng)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)能力；

7）將得到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)集（xc'，yc'）輸入知識(shí)提取模塊，進(jìn)行分析和處理，如能提取出經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，則歸入經(jīng)驗(yàn)知識(shí)庫(kù)中[1]。

1.2模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該包括4層，如圖2所示。

模糊層的作用是將輸入量進(jìn)行模糊化。每一個(gè)模糊層節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)該論域中的模糊子集和隸屬函數(shù)。該層接收精確數(shù)值輸入，經(jīng)過(guò)模糊化計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的隸屬度并輸出。

圖2 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

輸入層、隱含層和輸出層共同構(gòu)成一個(gè)完整的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。輸入層不具有運(yùn)算功能，它只是將所感知的輸入值精確傳遞到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中；隱含層的作用相當(dāng)于特征檢測(cè)器，提取輸入模式中包含的有效特征信息，使輸出層所處理的模式是線性可分的，該層節(jié)點(diǎn)是模糊神經(jīng)元，與輸入層間的連接權(quán)值是隨機(jī)設(shè)定的固定值；輸出層節(jié)點(diǎn)也是模糊神經(jīng)元，與隱含層之間采用全連接方式，其連接權(quán)值是可調(diào)的，作用是輸出用模糊量表示的結(jié)果[2]。

1.3輸入層、輸出層和隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)確定

輸入層的個(gè)數(shù)代表了電路故障診斷的關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)的個(gè)數(shù)n1，輸出點(diǎn)為電路所具有的潛在故障模式種類(lèi)數(shù)n3。

根據(jù)輸入層和輸出層的個(gè)數(shù)，隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)n2的確定有以下4種經(jīng)驗(yàn)公式[3]：

（1）

（為0～10之間的常數(shù)）（2）

（為0～10之間的常數(shù)）（3）

（4）

2模糊數(shù)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法介紹

2.1模糊數(shù)學(xué)和隸屬度函數(shù)

模糊數(shù)學(xué)的作用是對(duì)測(cè)試點(diǎn)測(cè)得的電壓信號(hào)進(jìn)行特征提取——模糊化處理。因?yàn)樵谀M電路測(cè)試中，參數(shù)值會(huì)隨著故障原因的不同和故障階段不同而發(fā)生變化，所以在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)常用方法是使用精確事實(shí)規(guī)則。即用正態(tài)分布函數(shù)作為隸屬度函數(shù)表示“大約為a”的模糊概念，此外還有如三角分布和梯形分布等[4]。在使用中，正態(tài)分布使用較多，其中的a是該測(cè)試點(diǎn)的理想狀態(tài)工作點(diǎn)，b為該測(cè)試點(diǎn)在各種可能狀態(tài)下的工作電壓均方差。

2.2bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與算法

圖3bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)圖

反向傳播網(wǎng)絡(luò)（back-propagation network，簡(jiǎn)稱(chēng)bp網(wǎng)絡(luò)），是一種有隱含層的多層前饋網(wǎng)絡(luò)。每一層均有一個(gè)或多個(gè)神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)，信息從輸入層依次經(jīng)各隱含層向輸出層傳遞，層間的連接關(guān)系強(qiáng)弱由連接權(quán)值w來(lái)表征。bp算法是一種監(jiān)督的學(xué)習(xí)，基本原理是梯度最速下降法，中心思想是調(diào)整權(quán)值使網(wǎng)絡(luò)總誤差最小。通過(guò)連續(xù)不斷地在相對(duì)于誤差函數(shù)斜率下降的方向上計(jì)算網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和偏差值的變化而逐漸逼近目標(biāo)的。每一次權(quán)值和偏差的變化都與網(wǎng)絡(luò)的誤差的影響成正比，并以反向傳播的方式傳遞到每一層。bp網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)如圖3所示。

以bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)圖為例進(jìn)行bp算法推導(dǎo)，其輸入為p，輸入神經(jīng)元有r個(gè)，隱含層內(nèi)有s1個(gè)神經(jīng)元，激活函數(shù)為f1，輸入層內(nèi)有s2個(gè)神經(jīng)元，對(duì)應(yīng)的激活函數(shù)為f2，輸出為a，目標(biāo)矢量為t。

1）隱含層輸出：（i=1,2,…,s1）（5）

2）輸出層輸出： （k=1,2,…,s2） （6）

3）定義誤差函數(shù)：（7）

4）輸入層的權(quán)值變化量：（8）

其中：

同理可得：（9）

5）隱含層權(quán)值變化有： （10）

其中：

同理： （11）

bp網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常使用的是s型的對(duì)數(shù)、正切激活函數(shù)或線性函數(shù)[5]。

3電路故障診斷算法驗(yàn)證

圖4 共集-共射電路的直流通路圖

例：如圖4所示的直流通路圖，電阻的標(biāo)稱(chēng)值如圖中所注。利用multism軟件在直流狀態(tài)下進(jìn)行多次monte carlo分析仿真該電路[6]，并考慮電阻的容差影響，取40個(gè)樣本作為模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本，另取5個(gè)樣本為測(cè)試樣本。設(shè)電阻r1～r5的容差值為-5%～5%。測(cè)試點(diǎn)選為a、b、c、d和e五點(diǎn)，所測(cè)電壓值為va、vb、vc、vd和ve。

表1 部分電路實(shí)驗(yàn)樣本原始數(shù)據(jù)

表2 測(cè)試樣本原始數(shù)據(jù)

表1列舉了40組電路實(shí)驗(yàn)樣本原始數(shù)據(jù)的11組，包含了該電路在11種工作狀態(tài)下的五個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)電壓值，所以n1=5，n2=11，隱含層的節(jié)點(diǎn)數(shù)可以依據(jù)公式2.3確定為12個(gè)，其中a為5。

表2則列舉了5組測(cè)試樣本的原始數(shù)據(jù)。

步驟一：數(shù)據(jù)模糊化

根據(jù)用正態(tài)分布函數(shù)作為隸屬度函數(shù)表示“大約為a”模糊概念的思路，可以分別得到各測(cè)試點(diǎn)上電壓隸屬度函數(shù)的參數(shù)值。

a1=5.57、a2=4.97、a3=4.9、a4=5.7和a5=5.69以及b1=4.3729、b2=4.4817、b3=3.9091、b4=4.2870和b5=3.7944。

由各測(cè)試點(diǎn)的隸屬度函數(shù)可得到網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本見(jiàn)表3。

表3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)部分輸入、輸出訓(xùn)練樣本

步驟二：將訓(xùn)練樣本輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練

將全部40個(gè)原始值和模糊化值的輸入樣本和對(duì)應(yīng)的輸出樣本分別輸入bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行訓(xùn)練。

步驟三：將測(cè)試樣本輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢測(cè)

將全部5個(gè)原始值和模糊化值的輸入樣本和對(duì)應(yīng)的輸出樣本分別輸入已經(jīng)訓(xùn)練好的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，輸出診斷結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 輸出診斷結(jié)果

表4中的數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)故障診斷后得到的結(jié)果，在此只是各隨機(jī)選用了一組數(shù)據(jù)加以比較說(shuō)明。通過(guò)對(duì)故障診斷的試驗(yàn)觀察和結(jié)果的比較可以作出以下分析。

1）模糊化數(shù)據(jù)能夠有效減少神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂次數(shù)。如在bp網(wǎng)絡(luò)診斷中，使用模糊化數(shù)據(jù)的迭代次數(shù)由886減少到263次，收斂速度明顯加快；

2）模糊化數(shù)據(jù)能夠有效提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的效果。通過(guò)表4中數(shù)據(jù)的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于相同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過(guò)模糊化數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，其準(zhǔn)確性更高。這主要表現(xiàn)在電路所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)結(jié)果普遍高于未經(jīng)模糊化數(shù)據(jù)訓(xùn)練的網(wǎng)絡(luò)得出的結(jié)果；同時(shí)，其他狀態(tài)對(duì)應(yīng)的機(jī)率更低，皆低于0.1，且更多值為0，說(shuō)明數(shù)據(jù)模糊化能使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷結(jié)果更集中，正確率更高，有效性更加明顯。

4結(jié)論

通過(guò)分別采用bp網(wǎng)絡(luò)和模糊bp網(wǎng)絡(luò)建立了電路故障診斷模型，對(duì)電路相同工作狀態(tài)參數(shù)的診斷結(jié)果進(jìn)行比較，得出了模糊數(shù)學(xué)對(duì)提高電路故障診斷模型精度和有效性效果明顯的結(jié)論。模糊數(shù)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)路理論的組合有效地提高了模擬電路故障診斷模型的收斂速度，提高了故障診斷的工作效率，還提高了診斷的準(zhǔn)確性，有效性得到了充分顯示。

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第8篇：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理范文

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)； CMAES優(yōu)化算法； RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)； 時(shí)間序列預(yù)測(cè)

DOI：1015938/jjhust201702026

中圖分類(lèi)號(hào)： TP3930

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 1007-2683（2017）02-0140-05

Abstract：A method for network security situation prediction is proposed， where the covariance matrix adaptation evolution strategy algorithm （CMAES） is used to optimize the parameters of the radial basis function neural network forecasting model （RBF）， which makes the forecasting model have superior ability， and can quickly find out the rules of the complex time series The simulations results show that the proposed method can accurately predict the network security situation， and has better prediction accuracy than traditional prediction methods

Keywords：network security situation prediction； covariance matrix adaptation evolution strategy algorithm； Radial basis function neural network； time series prediction

0引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛使用和快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開(kāi)始呈現(xiàn)出越來(lái)越復(fù)雜的趨勢(shì)。所有復(fù)雜的系統(tǒng)都要面臨嚴(yán)峻的安全問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)也不例外，任何一個(gè)小的漏洞都有可能被黑客利用，從而導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的崩潰。傳統(tǒng)的安全技術(shù)屬于被動(dòng)防御技術(shù)，例如入侵檢測(cè)系統(tǒng)是在攻擊來(lái)臨時(shí)進(jìn)行識(shí)別并作出反應(yīng)。相比之下，管理人員更需要一種能夠宏觀描述并預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)整體狀況的技術(shù)，以此能夠做到未雨綢繆主動(dòng)防御。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，Bass T 在1999年提出了網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)的概念[1-2]，他指出網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)是一組能夠反映網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)宏觀狀態(tài)的數(shù)值，通過(guò)它可以讓管理人員快速的了解網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的基本情況。獲取并處理網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)的技術(shù)稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)感知[1，3-7]，它包括3個(gè)層次[8]：①網(wǎng)絡(luò)底層態(tài)勢(shì)要素的提取（態(tài)勢(shì)提?。?；②網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)的評(píng)估（態(tài)勢(shì)理解）；③網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)的預(yù)測(cè)。態(tài)勢(shì)要素的提取主要依靠神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)等分類(lèi)技術(shù)將威脅網(wǎng)絡(luò)安全的數(shù)據(jù)分類(lèi)，然后在由網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估技術(shù)按照不同攻擊種類(lèi)的重要程度加權(quán)平均得出網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)值[9]。當(dāng)收集到一段時(shí)間的歷史網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)值后，就可以建立預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)?？梢钥闯?，網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)感知中最為重要的環(huán)節(jié)，本文要解決的就是網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)問(wèn)題。

目前，已經(jīng)有很多預(yù)測(cè)模型用于網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)，例如灰色預(yù)測(cè)模型[10]、GABP預(yù)測(cè)模型[11]、RBF預(yù)測(cè)模型[12]、HMM預(yù)測(cè)模型[13]、EvHMM預(yù)測(cè)模型[14]以及HBRB預(yù)測(cè)模型[15-16]等?；疑A(yù)測(cè)模型是利用灰色理論對(duì)含不確定信息的系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)的模型，但是它只能反映系統(tǒng)發(fā)展的大致趨勢(shì)，并不能精確預(yù)測(cè)未來(lái)的數(shù)值。HMM、EvHMM以及HBRB等預(yù)測(cè)模型將安全態(tài)勢(shì)視為隱含行為，優(yōu)化過(guò)程復(fù)雜且具有s束條件，不適用于實(shí)時(shí)性要求高的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)中最常用的方法，但是由于在訓(xùn)練模型的過(guò)程中需要優(yōu)化大量的參數(shù)，且傳統(tǒng)的優(yōu)化算法往往會(huì)在優(yōu)化過(guò)程中陷入到局部最優(yōu)點(diǎn)，所以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型并不能精確的預(yù)測(cè)樣本數(shù)量小且規(guī)律性不強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出利用CMAES算法對(duì)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)的精度。CMAES算法全稱(chēng)是協(xié)方差矩陣自適應(yīng)進(jìn)化策略[17-18]，是目前最受關(guān)注的優(yōu)化算法之一，它在高維非線性?xún)?yōu)化問(wèn)題上表現(xiàn)良好，能夠利用較少的個(gè)體快速收斂到全局最優(yōu)點(diǎn)。RBF全稱(chēng)是徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它具備良好的泛化能力和逼近性能，并且可以處理復(fù)雜的非線性系統(tǒng)。RBF解決了BP的局部最小值問(wèn)題，并已成功應(yīng)用到眾多的工程領(lǐng)域[19-24]。將兩者結(jié)合到一起，可以克服神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的缺點(diǎn)，增加全局優(yōu)化能力，提高預(yù)測(cè)精度。

本文的組織結(jié)構(gòu)為：在第一節(jié)中，介紹了RBF及CMAES的相關(guān)概念及基本原理。在第二節(jié)中提出了CMARBF預(yù)測(cè)模型。在第三節(jié)中，利用所提出的方法對(duì)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的安全態(tài)勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并將結(jié)果和其他傳統(tǒng)方法進(jìn)行了比較。在第四節(jié)中，對(duì)CMARBF預(yù)測(cè)模型進(jìn)行總結(jié)。

1基本概念

11RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理

RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在結(jié)構(gòu)上與BP相同，都屬于前饋型式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。區(qū)別在于RBF的隱層只有一個(gè)且使用徑向基函數(shù)作為隱層神經(jīng)元的激活函數(shù)，RBF的隱層可以將輸入變換到高維空間中，從而解決低維空間線性不可分的問(wèn)題。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具備良好的全局最優(yōu)和逼近性能，并且結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，收斂速度快，可以作為系統(tǒng)辨識(shí)的、非線性函數(shù)逼近等領(lǐng)域的有力工具。典型的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

利用CMARBF預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)的基本步驟如下所示：

Step1： 利用公式（9）確定模型的歷史樣本；

Step2： 確定RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始參數(shù)Ω0；

Step3： 確定初始迭代次數(shù)t=0和最大迭代次數(shù)tmax；

Step4： 確定CMAES算法的初始⑹；

Step5： 建立形如公式（11）優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；

Step6： 進(jìn)入循環(huán)：while t

Step 61： 利用公式（3）以Ωt作為期望meant生成新的種群；

Step 62： 利用公式（4）得到新的種群期望meant+1；

Step 63： 利用公式（5）（6）（8）更新種群的協(xié)方差矩陣，得到Mt+1；

Step 64： 利用公式（9）更新步長(zhǎng)，得到st+1；

Step 65： 計(jì)算新種群的目標(biāo)函數(shù)值，選出最優(yōu)個(gè)體（參數(shù)）Ωbest；

Step 66： 重復(fù)執(zhí)行step 61，直到t=tmax跳出循環(huán)；

Step7： 以Ωbest作為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，歷史樣本做為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，對(duì)RBF進(jìn)行訓(xùn)練；

Step8： 用訓(xùn)練RBF模型對(duì)安全態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)。

3仿真實(shí)驗(yàn)

31背景描述

我們以真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為背景（如圖3所示），收集了三個(gè)月共92天的攻擊數(shù)據(jù)，并將它們利用層次化評(píng)估方法求出92天的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)值。

圖3描繪的是某高校真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，全網(wǎng)可分為內(nèi)網(wǎng)和DMZ區(qū)兩大部分。其中內(nèi)網(wǎng)包括圖書(shū)館、宿舍、行政樓和教學(xué)樓；DMZ區(qū)包括各類(lèi)服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫(kù)。攻擊數(shù)據(jù)的收集在防火墻及核心交換機(jī)上完成。

當(dāng)作為網(wǎng)絡(luò)安全要素的攻擊數(shù)據(jù)收集完畢后，可以由專(zhuān)家確定各安全要素的權(quán)重，在利用常用的層次化評(píng)估方法獲得全網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)值，如圖4所示：

從圖4可以看出，該網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)在整體上呈現(xiàn)一定的規(guī)律，每個(gè)月的中期攻擊強(qiáng)度增大，月底逐漸減小，但是在局部，態(tài)勢(shì)值有一定的隨機(jī)性。為了利用前述的CMARBF模型去預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)值，我們將上述數(shù)據(jù)通過(guò)公示（9）生成了89組樣本，前60組作為訓(xùn)練樣本，后29組作為預(yù)測(cè)樣本。模型的初始參數(shù)見(jiàn)表1：

32比較實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證所提模型有效性，選取了沒(méi)有優(yōu)化RBF模型和GARBF模型與CMARBF模型比較，比較結(jié)果如圖5和表2所示：

從圖5和表2可以看出，CMARBF的預(yù)測(cè)精度要高于其他方法。

4結(jié)論

所提出的CMARBF預(yù)測(cè)模型是將新的進(jìn)化算法CMAES引入到RBF模型中，利用CMAES高效的尋優(yōu)能力去解決高維模型中參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題。兩者的結(jié)合使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)更加合理，具有更好的預(yù)測(cè)能力。本文將所提方法應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)領(lǐng)域，得到了很好的效果。比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CMARBF模型的預(yù)測(cè)精度高于其他傳統(tǒng)方法。在今后的工作中，我們會(huì)繼續(xù)探索更適應(yīng)與網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)的新方法。

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第9篇：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理范文

【關(guān)鍵詞】人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) BP算法 故障診斷 發(fā)動(dòng)機(jī)

近年來(lái)，汽車(chē)越來(lái)越多地出現(xiàn)在普通百姓家庭。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是汽車(chē)的心臟，大部分零件處于高溫、高壓的工作環(huán)境且處在高速運(yùn)動(dòng)當(dāng)中，設(shè)備復(fù)雜、參數(shù)多，其故障的發(fā)生率高，診斷起來(lái)困難繁瑣，本文針對(duì)這一問(wèn)題，在掌握發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行流程后，引入了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法，并適當(dāng)改進(jìn)，測(cè)試結(jié)果表明，該方法可靠有效實(shí)用。

3 自適應(yīng)BP網(wǎng)絡(luò)實(shí)例應(yīng)用

3.1 網(wǎng)絡(luò)輸入輸出向量及參數(shù)的選取

由汽車(chē)維修專(zhuān)家提供典型發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)故障現(xiàn)象及相應(yīng)的故障原因?qū)嵗鳛橛?xùn)練樣本。以故障類(lèi)型X=（x1，x2，x3，x4）作為輸入，故障原因R=（r1，r2，…，r12）作為輸出，建立故障模式與故障原因之間的映射關(guān)系。如表1所示。

3.2 網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建、訓(xùn)練與檢驗(yàn)

按照樣本的模式對(duì)，確定輸入層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為4，輸出層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為12。輸出節(jié)點(diǎn)值的大小反映了故障出現(xiàn)的可能程度。而隱含層節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)可參照經(jīng)驗(yàn)公式選取：其中為輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)，n為輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)，為1至10的常數(shù)。

將故障類(lèi)型及原因分析表中的文字描述進(jìn)行轉(zhuǎn)換并編碼，就得到樣本訓(xùn)練表，如表2所示。

選取網(wǎng)絡(luò)的初始學(xué)習(xí)率=1，動(dòng)量因子=0.01，初始學(xué)習(xí)率調(diào)整因子β=1，訓(xùn)練過(guò)程中根據(jù)誤差變化實(shí)時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)率，取β=0.9（誤差變大時(shí)），β=1.1（誤差變小時(shí)）。

采用Matlab軟件編寫(xiě)程序?qū)颖具M(jìn)行訓(xùn)練。

3.3 誤差分析與判定

利用同一組樣本對(duì)改進(jìn)的BP算法和傳統(tǒng)BP算法分別進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)照研究，進(jìn)行誤差分析。表3為階段性均方誤差所需要的訓(xùn)練次數(shù)對(duì)比，圖1為增加動(dòng)量項(xiàng)的BP算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練誤差的影響，圖2為采用自適應(yīng)學(xué)習(xí)率BP算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練誤差的影響，可以直觀地看出，兩種方法都可以極大地加快網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過(guò)程，將兩種方法結(jié)合到一起，則效果更好，如圖3所示。

需要注意的是，建議學(xué)習(xí)率調(diào)整率不能取值太大，使步長(zhǎng)平穩(wěn)，同時(shí)設(shè)定學(xué)習(xí)率的最大值，超過(guò)后就不再調(diào)整，防止出現(xiàn)過(guò)調(diào)。

4 結(jié)論

本文把基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷技術(shù)引入汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)，通過(guò)增加動(dòng)量項(xiàng)和自適應(yīng)調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)率兩種方法來(lái)對(duì)基本的BP網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法進(jìn)行改進(jìn)，可以極大地加快BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)收斂過(guò)程，提高學(xué)習(xí)速度。通過(guò)分析，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)及診斷中發(fā)揮較大的作用，并且在設(shè)計(jì)診斷工具和改進(jìn)診斷方式中有一定的借鑒功能。

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