人工神经网络法范文

导语：如何才能写好一篇人工神经网络法，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：神经网络；MATALB仿真；新BP算法

中图分类号：TP183 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2009)05-1197-02

BP Artificial Neural Network's New Algorithm

SONG Shao-yun, ZHONG-tao

(Yuxi Normal University, School of Information Technology and Engineering, Yuxi 653100, China)

Abstract: The BP neural networks algorithm presented in this paper is based on the existing algorithm, which basic principle is choosing a freedom weight, by solving the linear equations to achieve hidden layer, combination freedom weight, then obtain weight is necessary weight. This algorithm hasn't the traditional method such as the local minimum and the slower rate of convergence in BP neural networks algorithm.

Key words: neural network; MATALB simulation; new BP algorithm

1 引言

BP人工神经网络实际上是通过梯度下降法来修正各层神经元之间的权值，使误差不断下降以达到期望的精度。从本质上讲，这种计算过程是一种迭代过程，迭代算法一般都与初值的选择密切相关，如初值选择的好，则收敛速度快，如初值选择不好，则收敛速度慢或根本不收敛。当采用梯度下降算法调整权值时，不可避免地存在陷入局部极小的问题。尽管很多文献都报道了各种各样的改进方法来加快收敛速度，如变学习率，加惯性项(也称动量项)等方法。然而，由于这些方法都由于迭代及优化的基本思想，不可能从根本上解决对初值的依赖性及局部极小问题。

2 BP网络结构及参数假设

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关键词 机车；当量公里；人工神经网络；检修周期

中图分类号U269 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2010）33-0112-02

0 引言

人工神经网络是由许多神经元互连在一起所组成的复杂网络系统，它是在现代神经学研究成果基础上提出的，能模拟人的若干基本功能。本文拟通过人工神经网络对机车检修进行科学化的分析，建立一套新的信息化确定铁路机车检修周期的方法。

1 铁路机车当量公里的研究

针对单一地由走行公里或运行时间来确定机车检修周期所存在的不足，结合我国机车运用检修实际，采用了机车当量公里的概念。机车当量公里是指机车走行公里与机车当量公里系数的乘积，表达式如公式（1）所示 ：

其中S为机车走行公里，km；K为对应机车走行公里S的当量公里系数，是综合考虑机车负荷状况及工作时间对机车损耗的影响，而对机车走行公里进行修正的系数。Sd为对应机车走行公里S的机车当量公里，单位为：km。

机车牵引运行过程中当量公里系数是牵引负荷率的增函数和机车速度的减函数，如公式（2）所示：

实际上，惰行工况是机车牵引负荷为零时的牵引工况，惰行工况机车当量公里系数可用下公式（3）：

在机车速度相同时，电阻制动工况机车当量公里系数高于惰行工况当量公里系数。电阻制动工况当量公里系数可以在惰行工况当量公里系数的基础上附加一个系数表示，如公式（4）：

式中C0为大于零的常数。

此外，还需选取常数作为当量公里系数对换算公里进行修正。

2 机车当量公里神经网络模型的确定

2.1 样本的选取

机车当量影响因素的选取：有动力停留工况机车累计当量公里Sd1，惰行工况累计当量公里Sd2，电阻制动工况机车累计当量公里Sd3，牵引工况机车累计当量公里Sd4。

机车检修周期影响因素的选取：机车累计工作时间T，机车累计走行公里S，机车累计当量公里Sd，维持柴油机基本运转所产生损耗u1，维持机车运行所产生的损耗u2，电阻制动作用所产生的损耗u3，牵引作用所产生的损耗u4。

2.2 输入层，输出层结点数

本文输入变量为{ Sd1， Sd2 ，Sd3， Sd4，T，S}，其物理意义分别为：Sd1动力停留工况机车累计当量公里，Sd2惰行工况累计当量公里，Sd3电阻制动工况机车累计当量公里，Sd4牵引工况机车累计当量公里，T机车累计工作时间，S机车累计走行公里；输出变量为要解决的问题，即预测目标{u1，u2，u3，u4}，其物理意义分别为：u1维持柴油机基本运转所产生损耗，u2维持机车运行所产生损耗，u3电阻制动作用所产生损耗，u4牵引作用所产生损耗，所以将输入层及输出层的结点数分别选取为6个和4个。

2.3 隐含层的结点数

根据理论证明：“一个具有M个结点输入层，2M+1个结点的隐含层和N个输出结点的三层BP网络，可以精确的表达任一连续函数F：IMRN，Y=F（X），（0

经过上述分析，确定网络模型的结构为6―13―4型，传递函数采用传统的Sigmoid函数为：f（x）=1/（1+exp（-x））。

3 样本的预处理与网络训练

3.1 样本的预处理

为了加快网络训练和收敛，在网络训练之前对样本进行预处理，常用的方法为归一化方法，应用公式如公式（5）所示：

根据本文资料的具体情况，采用4个“6―13―1”网络结构是合理的，一方面可以加速收敛，提高精度，另一方面可以合理而充分利用目前已有的资料。

3.2 网络的训练

使用训练样本，经过训练以后可以得到训练曲线，再使用检测样本进行检测，得到的检测图。最后使用检验样本数据对结果进行检验，检验错误结果如图1所示。

研究以上结果可以得出，该训练结果的平均误差值低于0.1，低于事先预定的平均误差值，所以该模型是一个比较理想的机车当量检验模型。

将实际的机车当量数据提取输入到该神经网络检验模型中，可以得到机车损耗的诊断结果如表1所示：

由表1可以看出该检验模型所预测出的维持柴油机基本运转所产生损耗，维持机车运行所产生损耗，电阻制动作用所产生损耗和牵引作用所产生损耗，通过这些损耗参数可以得出该机车的磨损状况，并决定是否对此进行检修。

4 结论

本文用机车当量来确定机车检修周期，对管理中的感性认识和检验进行了量化，在机车当量的模型中，利用神经网络学习方法，使经验的分析更合理、直观，效果明显，证明人工神经网络在机车检修周期的确定中的应用是可行的。

参考文献

[1]李忠厚.机车当量公里数学模型的研究[J].铁路机车车辆，2002(5)：1-3.

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关键词：神经网络；VC维；数据挖掘

中图分类号：TP183文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)30-0710-02

A Review of the Research and Development of the Artificial Neural Nets

WANG Hui

(Xinjiang Petroleum Institute,Urumqi 830000,China)

Abstract: This paper reviews the history and the current situation of the theory of neural nets. It discusses two aspects: the Vapnik-Chervonenkis dimension calculation and the data mining in neural nets. It also touches upon such research areas as calculation theory, methods and application of neural nets.

Key words: neural nets;Vapnik-Chervonenkis dimension;Data Mining

1 引言

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McCulloch和Pitts结合了神经生理学和数理逻辑的研究描述了一个神经网络的逻辑演算。他们的神经元模型假定遵循一种所谓“有或无”(all-or-none)规则。如果如此简单的神经元数目足够多和适当设置突触连接并且同步操作，McCulloch和Pitts证明这样构成的网络原则上可以计算任何可计算的函数，这标志着神经网络学科的诞生。

2 发展历史及现状

2.1 人工神经网络理论的形成

早在40年代初，神经解剖学、神经生理学、心理学以及人脑神经元的电生理的研究等都富有成果。其中，神经生物学家McCulloch提倡数字化具有特别意义。他与青年数学家Pitts合作[1]，从人脑信息处理观点出发，采用数理模型的方法研究了脑细胞的动作和结构及其生物神经元的一些基本生理特性，他们提出了第一个神经计算模型，即神经元的阈值元件模型，简称MP模型，他们主要贡献在于结点的并行计算能力很强，为计算神经行为的某此方面提供了可能性，从而开创了神经网络的研究。50年代初，神经网络理论具备了初步模拟实验的条件。Rochester，Holland与IBM公司的研究人员合作，他们通过网络吸取经验来调节强度，以这种方式模拟Hebb的学习规则，在IBM701计算机上运行，取得了成功，几乎有大脑的处理风格。但最大规模的模拟神经网络也只有1000个神经元，而每个神经元又只有16个结合点。再往下做试验，便受到计算机的限制。人工智能的另一个主要创始人Minsky于1954年对神经系统如何能够学习进行了研究，并把这种想法写入他的博士论文中，后来他对Rosenblatt建立的感知器(Perceptron)的学习模型作了深入分析。

2.2 第一阶段的研究与发展

1958年计算机科学家Rosenblatt基于MP模型，增加了学习机制，推广了MP模型。他证明了两层感知器能够将输入分为两类，假如这两种类型是线性并可分，也就是一个超平面能将输入空间分割，其感知器收敛定理：输入和输出层之间的权重的调节正比于计算输出值与期望输出之差。他提出的感知器模型，首次把神经网络理论付诸工程实现。1960年Widrow和Hoff提出了自适应线性元件ADACINE网络模型，是一种连续取值的线性网络，主要用于自适应系统。他们研究了一定条件下输入为线性可分问题，期望响应与计算响应的误差可能搜索到全局最小值，网络经过训练抵消通信中的回波和噪声，它还可应用在天气预报方面。这是第一个对实际问题起作用的神经网络。可以说，他们对分段线性网络的训练有一定作用，是自适应控制的理论基础。Widrow等人在70年代，以此为基础扩充了ADALINE的学习能力，80年代他们得到了一种多层学习算法。

Holland于1960年在基因遗传算法及选择问题的数学方法分析和基本理论的研究中，建立了遗传算法理论。遗传算法是一种借鉴生物界自然选择和自然遗传机制的高度并行、随机、自适应搜索算法，从而开拓了神经网络理论的一个新的研究方向。1976年Grossberg提出自适应共振理论(ART)，这是感知器较完善的模型，即superrised学习方式。本质上说，仍是一种unsuperrised学习方式。随后，他与Carpenter一起研究ART网络，它有两种结构ART1和ART2，能够识别或分类任意多个复杂的二元输入图像，其学习过程有自组织和自稳定的特征，一般认为它是一种先进的学习模型。另外还有Werbos提出的BP理论以及提出的反向传播原理；Fukushima 提出了视觉图象识别的Neocognitron模型这些研究成果坚定的神经网络理论的继续研究。

2.3 第二次研究的阶段

Hopfield于1982年至1986年提出了神经网络集体运算功能的理论框架，随后，引起许多学者研究Hopfield 网络的热潮，对它作改进、提高、补充、变形等，至今仍在进行，推动了神经网络的发展。1983年Kirkpatrick等人先认识到模拟退火算法可应用于NP完全组合优化问题的求解。这种思想最早是由Metropolis等人在1953年提出的，即固体热平衡问题，通过模拟高温物体退火过程的方法，来找全局最优或近似全局最优，并给出了算法的接受准则。这是一种很有效的近似算法。1984年Hinton等人提出了Boltzmann机模型，借用统计物理学中的概念和方法，引入了模拟退火方法，可用于设计分类和学习算法方面，并首次表明多层网络是可训练的。Sejnowski于1986年对它进行了改进，提出了高阶Boltzmann机和快速退火等。

1986年Rumelhart和McClelland 合著的Parallel Distributed Processing: Exploratio n in the Microstructures of Cognition两卷书出版，对神经网络的进展起了极大的推动作用。它展示了PDP研究集团的最高水平，包括了物理学、数学、分子生物学、神经科学、心理学和计算机科学等许多相关学科的著名学者从不同研究方向或领域取得的成果。他们建立了并行分布处理理论，主要致力于认知的微观研究。尤其是，Rumelhart提出了多层网络Back-Propagation法或称Error Propagation法，这就是后来著名的BP算法。

2.4 新发展阶段

90年代以来，人们较多地关注非线性系统的控制问题，通过神经网络方法来解决这类问题已取得了突出的成果，它是一个重要的研究领域。1990年Narendra和Parthasarathy提出了一种推广的动态神经网络系统及其连接权的学习算法，它可表示非线性特性，增强了鲁棒性。他们给出了一种新的辨识与控制方案，以multilayer网络与recarrent网络统一的模型描述非线性动态系统，并提出了动态BP 参数在线调节方法。尤其是进化计算的概念在1992年形成，促进了这一理论的发展。1993年诞生了国际性杂志Evolutionary Computation。近几年它成为一个热点研究领域。1993年Yip和Pao提出了一种带区域指引的进化模拟退火算法，他们将进化策略引入区域指引，它经过选优过程，最终达到求解问题的目的。

从上述各个阶段发展轨迹来看，神经网络理论有更强的数学性质和生物学特征，尤其是神经科学、心理学和认识科学等方面提出一些重大问题，是向神经网络理论研究的新挑战，因而也是它发展的最大机会。90年代神经网络理论日益变得更加外向，注视着自身与科学技术之间的相互作用，不断产生具有重要意义的概念和方法，并形成良好的工具。

3 神经网络的发展趋势

3.1 神经网络VC维计算

神经计算技术已经在很多领域得到了成功的应用，但由于缺少一个统一的理论框架，经验性成分相当高。最近十年里，很多研究者都力图在一个统一的框架下来考虑学习与泛化的问题 。PAC(Probably Approximately Correct)学习模型就是这样一个框架。作为PAC学习的核心以及学习系统学习能力的度量，VC维(Vapnik-Chervonenkis dimension)在确定神经网络的容量(capacity)、泛化能力(generalization)、训练集规模等的关系上有重要作用。如果可以计算出神经网络的VC维，则我们可以估计出要训练该网络所需的训练集规模；反之，在给定一个训练集以及最大近似误差时，可以确定所需要的网络结构。

Anthony将VC维定义为：设F为一个从n维向量集X到{0, 1}的函数族，则F的VC维为X的子集E的最大元素数，其中E满足：对于任意S?哿E，总存在函数fs ∈F，使得当x ∈ S时fs(x) =1，x?埸S但x∈E时fs(x) =0。

VC维可作为函数族F复杂度的度量，它是一个自然数，其值有可能为无穷大，它表示无论以何种组合方式出现均可被函数族F正确划分为两类的向量个数的最大值。对于实函数族，可定义相应的指示函数族，该指示函数族的VC维即为原实函数族的VC维。

3.2 基于神经网络的数据挖掘

1996年，Fayyad、Piatetsky-Shapiro和Smyth对KDD(Knowledge Discovery from Databases)和数据挖掘的关系进行了阐述。但是，随着该领域研究的发展，研究者们目前趋向于认为KDD和数据挖掘具有相同的含义，即认为数据挖掘就是从大型数据库的数据中提取人们感兴趣的知识。

数据挖掘的困难主要存在于三个方面：首先，巨量数据集的性质往往非常复杂，非线性、时序性与噪音普遍存在；其次，数据分析的目标具有多样性，而复杂目标无论在表述还是在处理上均与领域知识有关；第三，在复杂目标下，对巨量数据集的分析，目前还没有现成的且满足可计算条件的一般性理论与方法。在早期工作中，研究者们主要是将符号型机器学习方法与数据库技术相结合，但由于真实世界的数据关系相当复杂，非线性程度相当高，而且普遍存在着噪音数据，因此这些方法在很多场合都不适用。如果能将神经计算技术用于数据挖掘，将可望借助神经网络的非线性处理能力和容噪能力，较好地解决这一问题。

4 结束语

经过半个多世纪的研究，神经计算目前已成为一门日趋成熟，应用面日趋广泛的学科。本文对神经计算的研究现状和发展趋势进行了综述，主要介绍了神经网络VC维计算、基于神经网络的数据挖掘领域的相关研究成果。需要指出的是，除了上述内容之外，神经计算中还有很多值得深入研究的重要领域，例如：与符号学习相结合的混合学习方法的研究；脉冲神经网络(Pulsed Neural Networks)的研究;循环神经网络(Recurrent Neural Networks)的研究等；神经网络与遗传算法、人工生命的结合；支持向量机(Support Vector Machine)的研究；神经网络的并行、硬件实现；容错神经网络的研究。

参考文献:

[1] McCulloch W S, Pitts W. A Logical Calculus of the Ideas Immanent in Nervous Activity, Bulletin of Mathematical Biophysics, 1943.

[2] N.维纳著，郝季仁译，控制论，科学出版，1985.

[3] Von Neumann J. The General and Logical Theory of Automata, Cerebral Mechanisms in Behavior; The Hixon Sympsium, 1951.

[4] Hebb D O. The Organization of Behavior, New York:Wiley, 1949.

[5] 陈世福，陈兆乾. 人工智能与知识工程[M]. 南京: 南京大学出版社，1998.

[6] Simon Haykin.神经网络原理[M].机械工业出版社（第二版），2004.

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【关键词】人工神经网络 信息技术 发展趋势

人工神经网络技术在处理实际问题主要包括两个过程，一个是学习训练过程，另外一个是记忆联想过程。近年来随着人工网络技术的发展，人工神经网络技术在信号处理、图像处理、智能识别等领域已经取得了巨大的改变，为人们研究各类科学问题提供了一种新的方法和手段，使人们在交通运输、人工智能、军事、信息领域的工作更加便捷，近年来随着AI的发展，人工神经网络技术得到了快速的发展阶段。

1人工神经网络技术

人工神经网络技术也称ANN，是随着上个世纪八十年代人工智能发展兴起的一个研究热点，它的主要工作原理对人脑神经网络进行抽象处理，并仿造人脑神经网络建立简单的模型，按照不同的连接方式组成一个完整的网络，因此学术界也直接将它成为神经网络。神经网络其实就是一种运算模型，它是通过大量的节点——神经元连接起来的，其中不同的节点所代表的输出函数也不同，也就是所谓的激励函数；当有两个节点连接起来时称之为通过该连接信号的加权值，也称为权重，这就相当人脑神经网络记忆。人工神经网络技术是采用并行分布式系统，这种工作机理与传统的信息处理技术和人工智能技术完全不同，是一种全新的技术，它克服了传统基于逻辑符号的人工智能处理非结构信息化和直觉方面的缺陷，具有实时学习、自适应性和自组织性等特点。

2人工神经网络技术应用分析

随着人工神经网络技术的发展，它在模式识别、知识工程、信号处理、专家系统、机器人控制等方面的应用较广。

2.1生物信号的检测分析

目前大部分医学检测设备都是通过连续波形得到相关数据，从而根据所得数据对病情进行诊断。人工神经网络技术就是应用了这样的方式将多个神经元组合起来构成，解决了生物医学信号检测方面的难题，其适应性和独立性强，分布贮藏功能多。在生物医学领域该技术主要应用于对心电信号、听觉诱发电位信号、医学图像、肌电荷胃肠等信号的处理、识别和分析。

2.2医学专家系统

传统的医院专家系统是直接将专家的经验、学历、临床诊断方面取得的成绩等存储在计算机中，构建独立的医学知识库，通过逻辑推理进行诊断的一种方式。进入到二十一世纪，医院需要存储的医学知识越来越多，每天产生新的病况和知识，过去的一些专家系统显然已经无法适应医院的发展需求，因此医院的效率很低。而人工神经网络技术的出现为医院专家系统的构建提出了新的发展方向，通过人工神经网络技术，系统能够自主学习、自己组织、自行推理。因此在医学专家系统中该网络技术应用面较广。麻醉医学、重症医学中生理变量分析和评估较多，目前临床上一些还没有确切证据或者尚未发现的关系与现象，通过人工神经网络便能有效地解决。

2.3市场价格预测

在经济活动中，传统统计方法受到一些因素的制约，无法对价格变动做出准确的预测，因此难免在预测的时候出现失误的现象。人工神经网络技术能够处理那些不完整的、规律不明显、模糊不确定的数据，并作出有效地预测，因此人工神经网络技术具有传统统计方法无法比拟的优势。例如人工神经网络技术可以通过分析居民人均收入、贷款利率和城市化发展水平，从而组建一个完整的预测模型，准确预测出商品的价格变动情况。

2.险评价在从事某一项特定的活动时，由于社会上一些不确定因素，可能造成当事人经济上或者其他方面的损失。因此在进行某一项活动时，对活动进行有效的预测和评估，避免风险。人工神经网络技术可以根据风险的实际来源，构筑一套信用风险模型结构和风险评估系数，从而提出有效地解决方案。通过信用风险模型分析弥补主观预测方面的不足，从而达到避免风险的目的。

3人工神经网络技术未来发展

人工神经网络克服了传统人工智能对语言识别、模式、非结构化信息处理的缺陷，因此在模式识别、神经专家系统、智能控制、信息处理和天气预测等领域广泛应用。随着科学技术的进步，AI的快速发展，AI与遗传算法、模糊系统等方面结合，形成了计算智能，很多企业和国家开始大规模研发AI，人工神经网络正在模拟人类认知的方向发展，目前市场已经有很多不少人工智能产品面世。

4结语

通过上述研究分析，人工神经网络技术已经取得了相应的发展，但还存在很多不足：应用范围狭窄、预测精度低、通用模型缺乏创新等，因此需要我们在此基础上不断寻找新的突破点，加强对生物神经元系统的研究和探索，进一步挖掘其潜在的价值，将人工神经网络技术应用在更多领域中，为社会创造更大的财富。

参考文献

[1]周文婷,孟琪.运动员赛前心理调控的新策略——基于人工神经网络技术的比赛场地声景预测(综述)[J].哈尔滨体育学院学报,2015,33(03):15-21.

[2]张红兰.人工神经网络技术的应用现状分析[J].中国新通信,2014(02):76-76.

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e.高曼等著

人工神经网络(anns)作为强大的计算工具,应用于分类、模式识别、函数逼近和生物神经网络建模等领域。人工神经网络具有从实例中学习的程序,它们可以解决那些还不知道算法解的难题。但是,人工神经网络的缺点之一就是它学习的知识是通过一种非常不透明的形式来表示,这就是人工网络的“黑箱”特性。在本专著中,作者介绍了一种新型的模糊规制库(frb),称为模糊全排列规制库(farb)。作者证明了模糊全排列规制库和人工神经网络具有等价性,这种等价性把符号范式模糊规制库和亚符号范式人工神经网络的优点融为一体。基于这一点,作者使用模糊全排列规制库设计了一种新的基于知识的神经计算方法。

本书共7章。1. 引言,介绍了人工神经网络(anns)、模糊规制库(frbs)、人工神经网络与模糊规制库的协同、基于知识的神经计算、模糊全排列规制库;2. 模糊全排列规制库,引入定义、输入输出映射;3. 模糊全排列规制库和人工神经网络的等价性,介绍模糊全排列规制库和前馈的人工神经网络、模糊全排列规制库和一阶递归神经网络(rnns)、模糊全排列规制库和二阶递归神经网络、总结;4. 规制简化,介绍灵敏度分析、一种简化模糊全排列规制库的方法;5. 采用模糊全排列规制库的知识提取,主要包括艾里斯分类问题、发光二极管显示屏识别问题、l4语言识别问题;6. 人工神经网络基于知识的设计,包括直接法、模块法;7. 结论和后续工作,后续工作包括规则化的网络训练、在训练过程中进行知识提取、从支持向量机中做知识提取、从网络训练中做知识提取。

本书简明扼要,内容新颖,适合模糊集、粗糙集、神经网络、演化式计算、概率和论据推理、多值逻辑等相关领域研究生和研究人员参考学习。

陈涛,硕士

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关键词：神经网络 网络方法 环境色谱法 多个节点 信息模型

中图分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（a）-0126-02

从近几年在国内神经网络的使用来看，在环境监测中也有着非常良好的效果。无论是从色谱法、光谱法还是整个环境的评价都带来了很多新的成果。该文主要是通过对神经网络相关分类的阐述，结合神经网络在环境监测中的应用效果，希望能给神经网络对环境监测中做一些回顾和总结[1]。

1 网络方法类别

由于着重的角度关系，网络法会有多种不同的类别，由于神经网络是多个节点的连接，有相当多复杂的算法，基于神经网络，可以总共阐述两大类的情况，包括有管理和无管理的网络方法。关于这两种的不同点就在于它们是否需要对现有的样本进行训练。有管理的网络方法是需要训练，而无管理的网络方法是无需进行训练，它需要与其他的化合物相结合使用，里面会涉及到网络与遗传法、偏最小二乘法等分析方法来进行分析比较。另外根据网络的结构不同，也可以把网络方法给分成前向和后向的网络方法，而如果是从网络活动方式的差别，也可以将其分为随机和确定两种网络方法。

2 关于环境监测的化学方面的应用

在化学方面，国内与有很多用于化合物的一些研究，比如一些有机结构分析，还有化学反应、蛋白质结构等等的分析。在进行定量的构效关系分析中，可以把酿酒的酵母菌来作为一种模型的指示物，建立相关网络模型，然后对生物的毒性进行进一步预测，当然，在分析过程中还存在着很多的问题，通过比较一些网络模型，然后计算它们之间的权值，再筛选相出相应的参数，学者们在分析的时候也会对多层前传网络进行探讨分析，尽量减低误差，通过多方向的非线性校准，并且进行数据解析，然后表明引射能力，通过建立神经网络来不断接近规律的程度，拟定相关的指标数[2]。

3 分光光度的方法应用

在化学分析进程中，通过多元校正和分辨是相对来说较好的一种方法。随着相关方法的不断普及，目前大多数是使网络和现有的紫外光谱法相互关联，利用线性网络、BP网络等来用于多个分组的报道[3]。邓勃等[4]学者在分析的时候，认为除了人工神经网络，迭代目标转换因子的分析法相比较起来也是一种不错的选择，两种方法各有优势，并且产生的网络法的误差一般都不会很大。孙益民等专家在分析时，利用现有的人工神经网络先后侧出的光度法，并且可以测定比如铜、镍，并且这个分析方式非常的简单和方便[5]。

4 神经网络对X射线中的荧光光谱法的应用

研究人员通过神经网络建立与X射线荧光谱谱法的关系，通过多个不同的神经网络来应用，可以通过他们之间的连接来测定酸溶铝，通过神经网络的设置，可以测定里面的最低的铝值，通过神经网络与BP的网络模型的设立，可以直接输入测出来的铝含量情况，然后通过铝含量来侧出酸溶出来的铝的数值。BP模型可以结合现有的神经网络系统，充分的在现有的信息模型上应用，通过利用网络神经的结构，不仅可以做一些化学分析，还可以通过神经网络来检测环境监测中涉及到的红外谱图等的分析，这为环境分析提供了非常有意义的方向，并且给环境监测提供了新的检测方法[6]。

5 环境监测中的色谱法的研究

在关于色谱法的研究中，人工神经网络也有可以应用的方向[7]。色谱法中的小波分析，与人工神经网络的结合，小波分析的主要目的是为了得到重叠的色谱峰的信息，运用神经网络分析之后，可以在其中建立相关的模型，通过两者的结合来分开重叠的色谱峰信息，众所周知，把重叠色谱分开是一个非常复杂的工程，它们之间需要运用大量的元素来分开，效率极低，极其浪费时间。因为其内里复杂的重叠组织，而现在，人工神经网络为其分离提供了一种新的尝试[8]，不仅如此，通过人工神经网络的方法不仅可以分离，而且可以在分离之后得到更加精确的色谱信息。研究工作者在模拟退火神经网络的时候，会运用药物来优化整个分离的条件，这对于提高色谱精确度也非常有效。

6 环境监测中的评价

通过之前提到的BP网络，通过介绍与人工神经网络模型的结合，来阐述了整个模型应用的原理，通过综合相关的分析方法可以对环境监测中的适用性进行分析评价，这样表现出来的结果会更加客观。研究者可以从有预测模型中表现的结果，在水库里进行抽样，提取水库中的相关元素进行预测，确认是否与实际结果一致，可以通过建立人工神经网络来对水质中的污染指数进行评价，然后得出相应的成果。

7 结语

人工神经网络在整个环境监测中有着非常重要的作用，它拥有一些比较有意义特性，总共可以总结为以下3个方面：第一，人工神经网络具有自学习的特性。可以通过大量的图像来设计，进行相关的图像识别，把不同的几个图像进行整合分析，并且把与之相互对应的结果嵌入到神经网络系统中，系统会根据自己特有的自学功能，对以后相关的图像进行识别操作，它可以给人们提供一些预测结果，甚至在未来的无论是经济还是政治等方面提供一些预测，预测经济和市场，给未来的发展提供引导。第二，系统具有可存储的特性。人工神经网络里面包含了一种反馈的功能，而通过输入信息和模型整合，联系不同元素之间的关系，得出一些可能的联想信息。最后，神经网络还有一项功能便是优化得出答案的能力。

一般问题的因果关系都会涉及到多个方面，那么如何在多个元素中抽丝剥茧，不断地优化整个系统，是神经网络的一个主要的功能，它可以通过计算来得到最优化的解，即便其中的运算量牵连的比较多，但是结合神经网络中反馈联想的功能，再包括计算机强大的运算效率，那么得到答案有时候也是比较容易的。

人工神经网络在环境监测中表现的效果比较好，但是除此之外，在其他领域，运用神经系统也可以得到一些相关的数据，比如经济领域，它可以通过建立信息模型，来进行市场预测和风险评估，这些都是很好的应用方式。在未来的实践中，随着经验的积累，神经网络的应用在环境监测中会不断地深入，通过在色谱、光度等领域的剖析，为未来的环境监测效果提供了更多的可能性。

参考文献

[1] 黄胜林.遗传优化神经网络在大坝变形监测中的应用[D].辽宁工程技术大学，2012.

[2] 熊勋.人工神经网络在环境质量评价和预测中的应用研究[D].华中科技大学，2009.

[3] 王学.无线传感器网络在远程环境监测中的应用[D].山东师范大学，2011.

[4] 武艺.人工神经网络在土壤质量监测中的应用[D].浙江海洋学院，2015.

[5] 黄湘君.基于主成分分析的BP神经网络在电力系统负荷预测中的应用[J].科技信息：科学・教研，2008（16）：313-314.

[6] 李春梅，周骥平，颜景平.人工神经网络在机器人视觉中的应用[J].制造业自动化，2000（9）：33-36，49.

[7] 涂晔，车文刚.BP神经网络在福利彩票预测中的应用[A].中国智能计算大会[C].2009.

[8] 李岩，韩秋，郑万仁.BP神经网络在电力需求决策中的应用[J].现代经济信息，2009（22）：325-326.

篇7

1.1拓扑结构调节

通过对静态邻域的各种结构以及它们对技术性能影响进行分析后得出，在拓扑适应性方面星形拓扑、VonNeumann拓扑以及环形拓扑最好。此外，人工神经网络技术性能与邻域密切相关，处理复杂问题时小邻域的人工神经网络技术性能较好，但是处理简单问题上大邻域的人工神经网络技术性能会更好。Chend从改进人工神经网络结构的角度出发，提出了一种具有双结构的人工神经网络技术。技术将神经网络单元分为M+1层，其中“1”指顶层，技术通过获得顶层神经网络单元的全局最优值影响其余各层的粒子对最优值的探索，以此提高神经网络单元搜索结果的多样性。该技术考虑到神经网络单元体表现以及粒子个体的表现，并将其作为触发条件控制领域变化从而提高寻优效率。提出了KRTG-人工神经网络技术，通过产生随机动态的网络拓扑结构并将平均值引入到粒子更新公式中，增加了种群的多样性，改善了粒子间信息的传播速度。

1.2结合其他技术改进

相关研究将遗传技术中遗传算子的选择、交叉、变异等过程与人工神经网络技术相结合，提出一种混合技术。改进后的技术提高人工神经网络技术的性能，增加种群的多样性并提高逃离局部最小的能力，可以将差分进化技术和人工神经网络技术相结合，通过两种技术的交叉执行来提高改进技术的效率。白俊强等将二阶振荡和自然选择两种方法融入到人工神经网络技术中，通过二阶振荡对技术速度公式进行更新，通过自然选择提高了神经网络单元中靠近最优值粒子的比重。通过收集粒子的取值信息构建记忆库，让库中信息和粒子自身极值共同决定粒子的寻优方向，从而提高寻优准确性。

2人工神经网络技术在计算机系统中的应用

2.1系统管理模块

系统管理模块主要是系统管理员对系统进行维护操作，包括用户的认证、数据的维护以及系统安全管理。系统用户认证模块，由于系统的用户包括专家用户，负责对评估因子进行筛选确定以及对评估因子进行打分操作；管理员，负责系统维护以及相关数据的录入、修改和删除操作；普通用户，所以系统需要对用户进行认证以便完成与其身份相对应的操作，确保系统安全。系统的后台维护模块主要用来完成数据库导出以及软件维护操作，系统安全管理模块主要对系统的用户权限进行管理。

2.2资源管理模块

资源管理模块主要是用来管理系统所有的安全驾驶理论知识体系的，包括文字、图片、视频和动画。主要操作有插入、修改、删除。文字信息管理模块，面向系统管理员，主要用来管理系统的文字信息，文字信息包括地点名称等信息，文字对应相应的知识点，大多以理论知识和测试题的模式存在于模块中。图片信息管理模块面向系统管理员，主要用来管理图片相关信息，包括图片名称、所属知识点信息。图片和文字一样，用来进行知识的展示。视频信息管理模块面向系统管理员，主要用来管理视频信息，采用人工神经网络技术。人工神经网络技术指以神经元方式在网络中传送音频、视频和多媒体文件的媒体传输技术。

2.3系统关键技术

2.3.1使用人工神经网络作为接口处理规范。

由于本系统是在浏览器中访问，需要访问核心数据库，在这里我们采用人工神经网络技术，可以对系统数据访问接口进行扩展，对数据进行格式化以提高可读性。在系统中我们采用的是标准的人工神经网络格式，其中报文分为报文的头和体两部分。

2.3.2系统网络拓扑结构。

为了保障系统的安全性，我们在这里采用两个服务器：一个是用于数据存储的服务器；另一个是用于用户请求处理的服务器。系统对于用户的使用分为内网用户和外网用户，内网用户是在内部局域网进行访问系统，针对的是学习系统的管理员，外部用户是互联网上的用户，针对的是进行在线学习的学习者。在服务器与内网、内网与外网之间都设置了防火墙，以保障数据的传输安全和数据库的安全。这样的拓扑结构有效地保障了系统的安全性和稳定性，其好处主要包括：人工神经网络三层结构将业务处理和数据处理的服务器分开，有利于系统的维护和升级，保障了系统数据的安全；分布式的网络布局，对于不同的用户有不同的访问方式，多渠道的访问方式有效地避免了不兼容的情况的发生，系统的可用性得到了提高。

2.4数据库设计

所选择的数据库需要有良好数据组织结构，可以使整个系统迅速、方便、准确地调用管理所需的数据，提高整个系统的性能。为了达到上述要求，系统采用神经元数据库。神经元数据库是一个对象——关系型数据库，它提供了开放、全面、集成的信息管理方法，数据存储具有透明性。有了一个高性能数据库作为基础，还需要好的数据库结构，数据库结构设计的好坏将直接影响系统的效率和实现的效果，好的数据结构设计会使得系统具有较快的响应速度，提高数据的完整性和一致性，大大提高整个系统的性能。

3结语

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经过长期不懈努力，科学家认为可以从仿制人脑神经系统的结构和功能出发，研究人类智能活动和认识现象。然而，客观现实世界是纷繁复杂的，非线性情况随处可见，人脑神经系统更是如此。为了更好地认识客观世界，我们必须对非线性科学进行研究。人工神经网络作为一种非线性的、与大脑智能相似的网络模型，就这样应运而生了。因此，首先对人工神经网络进行了概述；而后重点描述BP网络模型，对其基于弹性BP算法的BP网络设计与实现；最后，对网络的训练和测试进行了简单的分析。

关键词：

人工神经网络；数学模型；策略

神经系统，是人体器官的一种较为复杂的系统。人工神经网络是对人脑的神经结构与机制进行模拟，是一种区别于符号推理以及逻辑思维的人工智能技术。人工神经网络是基于现代神经生物学和认知科学对人类信息处理研究成果的基础上研发的，用来模拟生物神经系统对真实世界的物体来做出反应。除此之外，它还属于一种大规模自适应的非线性动力学系统，具备非常强的联想记忆和自主学习能力。人工神经网络具有非线性映射、模式识别、函数逼近、聚类分析、数据压缩以及优化设计的功能，并且在稳定性、收敛性等方面都有良好的性质，被广泛应用于信息处理、模式识别、计算机视觉、优化计算、智能控制等各个领域中。

一、人工神经网络

人工神经网络，可以称之为神经网络或者链接模型，是属于一种对人脑或者自然神经网络的若干个基本特性进行抽象和模拟的网络。现阶段人工神经网络的研究成果基础是对大脑的模拟研究，是为了模拟大脑当中的某些机理与机制，实现某个方面的功能而进行专项研究的。人工神经网络具有可以充分逼近任意复杂的非线性关系，对于定量或者定性的信息会采用并行分布的处理方式，使其可以大量并且快速进行运算、适应不确定的系统和对定量以及定性信息进行同一时间的处理。人工神经网络的优越性表现在三方面，具有自主学习的能力，具有联想存储的能力，具有高速寻找并且寻找优化方式的能力。对人工神经网络的研究，可以分为理论研究和应用研究两个方面的研究。在理论研究中，可以利用神经生理与认知科学对人类的思维以及智能机理进行相关研究，还可以利用人脑神经的基础理论研究成果，用数理方法对神经网络模型进行更加完善、更加优越的探索。在应用研究方面，神经网络可以实现对软件的模拟和对硬件的科学研究。而且，神经网络在各个领域中也都得到了广泛的研究，例如模式识别、信号处理、知识工程、专家系统、优化组合以及机器人控制等领域。

现行的数理知识是建立在集合论的基础上的，随着数学阶段的发展，对于人类系统的行为，或者对于人类复杂系统，比如航天系统、人脑系统以及社会系统等方面，其中的参数和变量有很多，各种因素也是相互交错的，因此，系统是相当复杂的，相对的模糊性也会显得非常明显。就认识方面来讲，可以用模糊性这个词语来概括概念外延的不确定性。因此，模糊数学的概念应运而生，主要的研究内容包括三个方面。首先，可以对模糊数学的理论进行精确研究，其中包含着与精确数学以及随机数学的关系；其次，还需要研究模糊语言学和模糊逻辑，人类的自然语言都是具有模糊性的，人们经常会接收到迷糊语言和模糊的信息，并且可以对其做出正确的判断和辨别。因此，为了可以使得自然语言和计算机语言的直接对话，就必须把人类的自然语言和思维的过程提炼成为数学模型来对计算机进行指令，这样就可以建立模糊数学的模型样本，通过运用此种方式，建立的就是模糊数学的模型，也是运用数学方法的关键之所在。最后，研究模糊数学的应用，模糊数学的研究对象通常是以不确定的事物为主的。模糊的集合通常都是通过数学来适用描述的复杂的事物，将研究的对象数学化，将其中的不确定性很好地和抽象的数学沟通起来，达到形象生动直观的效果。

二、BP网络模型

1.BP网概述BP算法，是由PallWerbas博士在1974年首次提出的，即为误差逆传播学习算法，而对于此算法完整的提出是在1986年由Rumelhart和McCelland为首的科学家小组提出来的。后来，人们把BP算法在进行训练之前的前馈型的神经网络称之为BP网络，逐渐以其简洁、实用和高度的非线性映射能力成为流行的网络模型，在信号处理、模式识别、系统辨识以及数据压缩中都有广泛的应用。在人工神经网络的实际应用过程当中，大部分的模型会采用BP网络或者它所拥有的变化形式，属于前向网络中的基础核心部分，属于人工神经网络中的精华部分。2.BP网络拓扑结构BP网络属于一种前向型神经网络，其中的神经网络具有三层或者三层以上，可以对上下层之间的神经元进行全部的连接，也就是说下层的每一个神经元可以和上层的每一个神经元实现连接，但是在同层之间的神经元是没有办法相连的。3.BP网络的工作原理以及过程对于BP网络的学习可以有两个阶段。首先，需要学习信号的正向传播过程。当一对学习的模式进行网络提供之后，神经元的激活值就会从输入层当中的各隐含层向输出层中进行传播，并且在输出层的各个神经元内会相应地输入响应值。其次，是对正方向的传播过程进行误差的修正，如果在输出层中的输出值和预期的有偏差，就会对实际输入与期望输出之间的误差进行逐层递归的计算，计算方向会按照减小期望输出和实际输出之间的误差方向。对输出层之间的各个隐含层进行每一层的连接权进行逐层的修正，最后再回到输入层，这个循环的过程就称之为“误差逆传播学习算法”。现阶段，这种误差传播的修正方式在不断地进行创新修正，网络对应的输入模式相应的正确率也会随着算法的不断发展得到相对应地提高。4.算法流程BP的算法流程如图2。

三、基于弹性BP算法的BP网设计与实现

1.BP网络结构的设计在1989年，RobertHecht-Nielson证明了在任何一个闭区间当中的一个连续的函数都可以用一个隐含层的BP网络来进行逼近，这就导致了用一个3层的BP网络可以完成任意的从N到M维的映射。输入层节点的点数是根据样本的输入特征项来决定的，而输出的节点数是根据样本的期望输出项来决定的。在隐层节点当中，由于隐层节点的数目过多，平均的收敛速度就会变慢并且速度是极其不稳定的，这样就会增加初始权值的敏感度，网络的泛化能力也会随之降低，在对隐层节点数进行计算的时候。其中，h代表的是隐层节点数，nin代表的是输入层的节点数，则nout则代表的是输出层的节点数。当因为网络发生误差产生下降的时候，也就是E（网络误差）下降的速度非常缓慢的时候，这个时候网络的收敛水平还需要进一步提高的时候，就会增加一个隐层节点。如果遇到相反的情况，则就会减少一个相应的节点。对于BP网络的优化，主要包括以下几个步骤。首先，利用弹性BP算法来对网络的权值和偏差进行修正，利用此种算法，在很大程度上避免了使得学习（是学习）陷入局部狭小的现象，这样可以加快学习收敛的速度；其次，对于隐含的节点数可以进行随意的设定；而后，在对隐含层和输出层的激活函数之间可以在给定的5种畅通的函数当中进行随意的选择，最后就需要对输入向量的归一化了。

四、网络的训练与测试

1.训练样本的声场以及网络的构造如果采用100个样本对来进行声场训练样本对，这里的样本数据采用LINSPACE（X1，X2，N）的函数生成。在本文当中，BP网络有三层构造。在这三层构造当中，第一层采用tansig激活函数；第二层采用logsig激活函数，在第三层则需要采用purline激活函数来进行。在网络训练当中需要用Matlab神经网络工具箱当中的L-M法的trainlm这个函数来进行计算。2.网络学习以及等级的评价通过MATLAB的神经网络工具箱上建立的模型，需要将学3.网络测试成效从评价的结果上来看，运用人工神经网络的评价方法最大限度地减少了人为因素的影响，在这其中可以在很大程度上减少因为传统方式而在设计权重过程当中的不确定性，通过这种方式来对评价的对象进行自动评价。同时，BP的神经网络这种评估方式本身也具有一定的局限性，例如对网络当中的隐层节点个数难以确定，在学习训练的过程当中最容易陷入局部最优的问题，在很大程度上会影响评价结果的精准性。

五、结束语

运用人工神经网络方式有效解决多源、多类型以及多属性地址处理和分析问题，在很大程度上突破了统计数学模型对预测的约束力和限制力。应用人工神经网络进行复杂的地址信息的非线性整合处理，可以精准的对各类资料进行综合分析和归类。

参考文献：

[1]李传杰.基于模糊数学及神经网络的心理评估模型[D].山东大学，2008

[2]徐振东.人工神经网络的数学模型建立及成矿预测BP网络的实现[D].吉林大学，2004

[3]邓丽琼，朱俊.基于BP神经网络的教师课堂教学评价模型[J].国土资源高等职业教育研究，2013

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关键词：神经网络；边坡；稳定性

引言

边坡的稳定性是目前岩土工程界研究的重大课题，在矿山工程、水利工程以及建筑工程等诸多领域都涉及到边坡的稳定性问题。边坡工程是一个动态开放的、复杂的、非线性的系统问题，影响边坡稳定性的因素不但有地质和工程因素，而且还具有不确定性。目前，评价边坡稳定性的方法有层次分析法、灰色理论法、极限平衡法、有限元法等方法，但是这些方法难以摆脱人为因素的影响，计算复杂，具有一定的局限性。本文将人工神经网络的知识应用到边坡稳定性的预测中，结合人工神经网络在结构上的分布式存储和并行处理的特点，使人工神经网络具有较好的容错性、高度非线性映射、以及自适应、自组织学习的能力，从而能够捕捉边坡稳定性与影响边坡稳定因素之间的相关规律，弥补传统方法在预测边坡稳定性上面的不足，实现对边坡稳定性的可靠预测。

1 神经网络原理

人工神经网络ANN（artificial neural network）是属于人工智能（artificial intelligence）范畴的一种计算技术，它根据人们对生物神经网络的研究成果设计出来，具有良好的数学描述，可以方便地用计算机程序加以模拟。

目前，最常用的人工神经网络模型有线性神经网络、RBF神经网络、BP神经网络等，本文采用误差信号反向传播的BP神经网络对边坡的稳定性进行研究。BP神经网络在训练时，由信号的正向传播和信号的反向传播共同构成神经网络的学习过程，其训练流程示意图如图 1 所示。

图1 基于 BP 算法的神经元网络结构训练流程图

2 神经网络模型建立及训练

2.1 输入样本和输出样本的选择

基于BP人工神经网络的边坡稳定性预测模型的建立，首先是确定神经网络模型各层的节点个数。本文采用某矿山的边坡工程实例进行 BP 神经网络模型的有效检验，选取影响边坡稳定性的6个主控因素为输入样本，即：确定输入变量为 D1—边坡高度指标，D2—重度指标，D3—内聚力指标，D4—摩擦角指标，D5—边坡角指标，D6—孔隙压力比指标。

输出向量是边坡稳定性状态代码，将边坡稳定性状态代码分为两种类型：即1代表边坡稳定性状态为破坏，0代表边坡稳定性状态为稳定。

2.2 模型的训练和预测

本文通过编写程序语言，结合Matlab7.0来实现边坡稳定性的预测，应用人工神经网络工具箱中的newff函数来建立一个前馈型的边坡稳定性预测网络模型，在进行网络样本训练时，其中各参数的设定情况为：学习效率设为0.5，网络训练的最大迭代次数为15000次，其收敛精度设置为0.001，采用随机赋值的方法设定网络训练中权值和阈值的初始值。网络的输入层和隐含层均采用对数型S型函数作为传递函数。通过BP神经网络信号误差反向传播算法所建立的边坡稳定性预测网络模型，在样本训练的过程中，当网络训练达到所设置的目标精度或者满足最大迭代次数时，自动停止训练。

本文收集整理了国内外各类矿山及岩土工程中潜在或滑动破坏模式为圆弧形滑落的稳定边坡和失稳破坏边坡实例共10个（破坏4，稳定6）。根据提供信息包括边坡结构参数，岩土体的物理力学性质参数，边坡稳定状态及极限平衡法计算安全系数（表1）。输入层的6个神经元分别对应参数：重度、粘聚力、摩擦角、边坡角、边坡高度、孔隙压力比。将10个样本提供网络学习，经922次迭代后网络收敛。训练样本的神经网络的计算结果见表2。网络训练误差曲线图如图2所示。

根据以上预测结果可知，预测精度达到了预定的要求0.001，预测结果与边坡稳定性的实际情况相符，本文建立的BP神经网络边坡稳定性预测模型预测效果较好，预测精度较高，能够满足实际工作的需要，输出结果与现场情况吻合。

3 结论

人工神经网络将制约和影响边坡稳定的可直接取实测数据的定性因素包括边坡结构参数（高度、角度等）以及岩土体的物理力学性质（粘聚力、摩擦角、干容重等）纳入模型参与稳定性评价，借助计算软件MATLAB编制计算程序加以实现。

实际应用表明，神经网络模型由于具有很强的自学习、自组织的能力和高度非线形动态处理能力，用来评价边坡的稳定性有较好的适用性，可以加以推广应用。

参考文献

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篇10

【关键词】神经网络；塑性加工

1.引言

神经网络技术属于人工智能领域，最早在上世纪五十年代开始出现一些相关理论性的研究，由于受到当时软、硬件环境的约束，因此该技术的发展一直处于停滞状态，直到九十年代才得到足够的重视，并由于其在控制过程中独特的优势而受到广泛的关注和青睐，成为最热门的研究领域之一。人工神经网络的特点主要有大规模并行计算能力突出、数据存储的分布性好、超强的自学习和自适应能力等，甚至基于神经网络衍伸出的一些优化算法还可以具备相当程度的联想、识别和记忆功能，这大大强化了神经网络的适用范围。目前该技术已广泛的应用在生产控制、模式识别、网络控制、信号处理、医学工程以及其他需要智能优化处理服务的自动化控制场合。

2.人工神经网络概述

人工神经网络技术模拟人脑中由大量的神经元连接组成的复杂网络，在求解过程中充分的调动神经元之间的相互作用，从而实现对数据的感知、记忆和处理功能。虽然神经元个体相对简单且功能有限，但通过大量不同神经元的组合，便可使生成的网络系统具有多样化的功能。在人工神经网络中，神经元由三部分构成，分别是包含网络中每条连接权值的权集；用以存储某条组合连接中各个单位连接权值之和的求和单元；对加权和进行非线性映射并约束其强度的非线性激励函数。由这三部分组成的单个神经元可与其他多个神经元相连接，组成各种类型的神经网络。

神经网络的另一个优势在于其独特的分布式数据存储方式上，由于将采集到的大量数据分布存储在各个神经元之间的连接强度上，可大大增强数据的生存性和安全性，即使出现了局部数据的损毁，也不会对最终的计算结果造成太大的影响。从计算机技术方面分析，神经网络中的神经元实质上是一个非线性运算器，可同时接受多路输入数据参与运算，而计算结果则是唯一的单个输出。从数学建模的角度来看，通常使用三个函数来描述神经网络，分别是阶跃函数、分段线性函数和Sigmoid函数，如下所示：

在塑性加工领域，应用最多的是前馈型神经网络，在该类神经网络中，包括输入层、隐层和输出层三层结构。在这三层之间，内部节点相互独立，减少干扰，其实现的输入和输出之间的关联受到多种因素的影响，如节点数、层数、连接权值等等，若要实现该网络输出尽可能的逼近预设值，就必须采用误差函数来对各个连接强度进行动态调整，最常使用的是二乘误差，如下所示：

3.人工神经网络在塑性加工中的应用分析

3.1 工艺设计专家系统

工艺设计是塑性加工工序的开始，通过科学的工艺设计，可以将整个加工流程进行合理的安排，预设合适的参数组合，以使得生产出的产品合乎标准，在这一阶段，首先要完成的就是大量资料的收集，随后是数据提炼，计算量相当庞大。而利用人工神经网络来建立专家系统时可以实现大规模的数据并行处理，且不需要循序渐进的推理，直接通过大量的训练来得到最优的解集，这是其他智能算法所不具备的突出优势。而且在神经网络中，推理过程和计算过程是同步完成的，且相关信息分布存储在网络节点间的连接强度上，通过对样本不断的学习和更新来完成对存储知识的不断优化。

3.2 无损探伤及缺陷预测

在超声探伤、磁粉探伤等无损探伤中，由于得到的信息较为有限，因此传统的监测系统很难准确判断构件内部缺陷的具体情况，更谈不上精确定位了，且这种困难随着北侧物件体积的增大而直线上升。而神经网络所具有的非线性识别及映射能力则能很好的解决这一问题，通过反复的训练优化，最终定位出最有可能的缺陷位置和缺陷尺寸。若某平板内具有圆形缺陷，可先用有限元法模拟在一定载荷下圆孔的位置、尺寸变化对某些点的位移、应变的影响，将所得到的数据用来训练神经网络。一旦训练成功，就可以利用它确定同类试件内部的缺陷及其尺寸位置。

3.3 预测材料性能及参数识别

在塑性加工理论研究中，材料塑性变形行为的表述能否准确反映材料在外载作用下的响应，直接影响到理论结果的准确性。在利用传统方法建立本构模型时要引入许多假定的前提条件，还要通过大量的实践经验和实验验证来选择合适的参数组合，通过在不同环境下的仿真实验，并对结果进行对比分析，不断修正乃至最终确定本构模型，这一过程显然占用了过多的时间和资源。而利用神经网络却可以实现应力―应变的直接映射，直接从实验数据“学习”应力―应变关系，从而避免了大量的数学推导过程和验证―修改的不断反复过程。网络实现对应力―应变关系模拟就是在“训练”过程中不断改变自身各神经元间的连接强度，训练完成后，网络将应力―应变关系（某种材料）“记忆”在其连接强度上即可。

4.结束语

虽然神经网络已经被广泛的应用到各种工业控制场合并表现出强大的学习和自适应能力，但其算法的收敛性和鲁棒性仍有待加强，相信人工智能领域的不断突破，人工神经网络比价发挥出更大的作用。

参考文献

[1]时慧焯.基于人工神经网络的注塑成型翘曲优化方法[D].大连：大连理工大学，2012

[2]付子义.基于BP神经网络优化的PID控制器研究[J].软件导刊，2015，（12）：45-48