小波神经网络(Wavelet Neural Network, WNN)是在小波分析研究获得突破的基础上提出的一种人工神经网络。
它是基于小波分析理论以及小波变换所构造的一种分层的、多分辨率的新型人工神经网络模型。 即用非线性小波基取代了通常的非线性Sigmoid 函数,其信号表述是通过将所选取的小波基进行线性叠加来表现的。
它避免了BP 神经网络结构设计的盲目性和局部最优等非线性优化问题,大大简化了训练,具有较强的函数学习能力和推广能力及广阔的应用前景。
“小波神经网络”的应用:1、在影像处理方面,可以用于影像压缩、分类、识别与诊断,去污等。在医学成像方面的减少B超、CT、核磁共振成像的时间,提高解析度等。2、在信号分析中的应用也十分广泛。
它可以用于边界的处理与滤波、时频分析、信噪分离与提取弱信号、求分形指数、信号的识别与诊断以及多尺度边缘侦测等。3、在工程技术等方面的应用。
包括电脑视觉、电脑图形学、曲线设计、湍流、远端宇宙的研究与生物医学方面。扩展资料:小波神经网络这方面的早期工作大约开始于1992 年,主要研究者是Zhang Q、Harold H S 和焦李成等。
其中,焦李成在其代表作《神经网络的应用与实现》中从理论上对小波神经网络进行了较为详细的论述。近年来,人们在小波神经网络的理论和应用方面都开展了不少研究工作。
小波神经网络具有以下特点:首先,小波基元及整个网络结构的确定有可靠的理论根据,可避免BP 神经网络等结构设计上的盲目性;其次,网络权系数线性分布和学习目标函数的凸性,使网络训练过程从根本上避免了局部最优等非线性优化问题;第三,有较强的函数学习能力和推广能力。
小波神经网络相比于前向的神经网络,它有明显的优点:首先小波神经网络的基元和整个结构是依据小波分析理论确定的,可以避免BP神经网络等结构设计上的盲目性;其次小波神经网络有更强的学习能力,精度更高AI爱发猫 www.aifamao.com。
总的而言,对同样的学习任务,小波神经网络结构更简单,收敛速度更快,精度更高。
神经网络结构具有以下三个特点:神经元之间全连接,并且为单层神经网络。每个神经元既是输入又是输出,导致得到的权重矩阵相对称,故可节约计算量。
在输入的激励下,其输出会产生不断的状态变化,这个反馈过程会一直反复进行。
假如Hopfield神经网络是一个收敛的稳定网络,则这个反馈与迭代的计算过程所产生的变化越来越小,一旦达到了稳定的平衡状态,Hopfield网络就会输出一个稳定的恒值。
Hopfield网络可以储存一组平衡点,使得当给定网络一组初始状态时,网络通过自行运行而最终收敛于这个设计的平衡点上。
当然,根据热力学上,平衡状态分为stablestate和metastablestate,这两种状态在网络的收敛过程中都是非常可能的。为递归型网络,t时刻的状态与t-1时刻的输出状态有关。
之后的神经元更新过程也采用的是异步更新法(Asynchronous)。Hopfield神经网络用python实现。
学习人工智能时,我给自己定了一个目标--用Python写一个简单的神经网络。为了确保真得理解它,我要求自己不使用任何神经网络库,从头写起。多亏了AndrewTrask写得一篇精彩的博客,我做到了!
下面贴出那九行代码:在这篇文章中,我将解释我是如何做得,以便你可以写出你自己的。我将会提供一个长点的但是更完美的源代码。首先,神经网络是什么?人脑由几千亿由突触相互连接的细胞(神经元)组成。
突触传入足够的兴奋就会引起神经元的兴奋。这个过程被称为“思考”。我们可以在计算机上写一个神经网络来模拟这个过程。不需要在生物分子水平模拟人脑,只需模拟更高层级的规则。
我们使用矩阵(二维数据表格)这一数学工具,并且为了简单明了,只模拟一个有3个输入和一个输出的神经元。我们将训练神经元解决下面的问题。前四个例子被称作训练集。你发现规律了吗?‘?’是0还是1?
你可能发现了,输出总是等于输入中最左列的值。所以‘?’应该是1。训练过程但是如何使我们的神经元回答正确呢?赋予每个输入一个权重,可以是一个正的或负的数字。
拥有较大正(或负)权重的输入将决定神经元的输出。首先设置每个权重的初始值为一个随机数字,然后开始训练过程:取一个训练样本的输入,使用权重调整它们,通过一个特殊的公式计算神经元的输出。
计算误差,即神经元的输出与训练样本中的期待输出之间的差值。根据误差略微地调整权重。重复这个过程1万次。最终权重将会变为符合训练集的一个最优解。
如果使用神经元考虑这种规律的一个新情形,它将会给出一个很棒的预测。这个过程就是backpropagation。计算神经元输出的公式你可能会想,计算神经元输出的公式是什么?
首先,计算神经元输入的加权和,即接着使之规范化,结果在0,1之间。为此使用一个数学函数--Sigmoid函数:Sigmoid函数的图形是一条“S”状的曲线。
把第一个方程代入第二个,计算神经元输出的最终公式为:你可能注意到了,为了简单,我们没有引入最低兴奋阈值。调整权重的公式我们在训练时不断调整权重。但是怎么调整呢?
可以使用“ErrorWeightedDerivative”公式:为什么使用这个公式?首先,我们想使调整和误差的大小成比例。其次,乘以输入(0或1),如果输入是0,权重就不会调整。
最后,乘以Sigmoid曲线的斜率(图4)。
为了理解最后一条,考虑这些:我们使用Sigmoid曲线计算神经元的输出如果输出是一个大的正(或负)数,这意味着神经元采用这种(或另一种)方式从图四可以看出,在较大数值处,Sigmoid曲线斜率小如果神经元认为当前权重是正确的,就不会对它进行很大调整。
乘以Sigmoid曲线斜率便可以实现这一点Sigmoid曲线的斜率可以通过求导得到:把第二个等式代入第一个等式里,得到调整权重的最终公式:当然有其他公式,它们可以使神经元学习得更快,但是这个公式的优点是非常简单。
构造Python代码虽然我们没有使用神经网络库,但是将导入Python数学库numpy里的4个方法。
分别是:exp--自然指数array--创建矩阵dot--进行矩阵乘法random--产生随机数比如,我们可以使用array()方法表示前面展示的训练集:“.T”方法用于矩阵转置(行变列)。
所以,计算机这样存储数字:我觉得我们可以开始构建更优美的源代码了。给出这个源代码后,我会做一个总结。我对每一行源代码都添加了注释来解释所有内容。注意在每次迭代时,我们同时处理所有训练集数据。
所以变量都是矩阵(二维数据表格)。下面是一个用Python写地完整的示例代码。我们做到了!我们用Python构建了一个简单的神经网络!首先神经网络对自己赋予随机权重,然后使用训练集训练自己。
接着,它考虑一种新的情形[1,0,0]并且预测了0.99993704。正确答案是1。非常接近!传统计算机程序通常不会学习。
而神经网络却能自己学习,适应并对新情形做出反应,这是多么神奇,就像人类一样。