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人工神经网络的发展趋势

人工神经网络特有的非线性适应性信息处理能力,克服了传统人工智能方法对于直觉,如模式、语音识别、非结构化信息处理方面的缺陷,使之在神经专家系统、模式识别、智能控制、组合优化、预测等领域得到成功应用文案狗

人工神经网络与其它传统方法相结合,将推动人工智能和信息处理技术不断发展。

近年来,人工神经网络正向模拟人类认知的道路上更加深入发展,与模糊系统、遗传算法、进化机制等结合,形成计算智能,成为人工智能的一个重要方向,将在实际应用中得到发展。

将信息几何应用于人工神经网络的研究,为人工神经网络的理论研究开辟了新的途径。神经计算机的研究发展很快,已有产品进入市场。光电结合的神经计算机为人工神经网络的发展提供了良好条件。

神经网络在很多领域已得到了很好的应用,但其需要研究的方面还很多。

其中,具有分布存储、并行处理、自学习、自组织以及非线性映射等优点的神经网络与其他技术的结合以及由此而来的混合方法和混合系统,已经成为一大研究热点。

由于其他方法也有它们各自的优点,所以将神经网络与其他方法相结合,取长补短,继而可以获得更好的应用效果。

目前这方面工作有神经网络与模糊逻辑、专家系统、遗传算法、小波分析、混沌、粗集理论、分形理论、证据理论和灰色系统等的融合。下面主要就神经网络与小波分析、混沌、粗集理论、分形理论的融合进行分析。

与小波分析的结合1981年,法国地质学家Morlet在寻求地质数据时,通过对Fourier变换与加窗Fourier变换的异同、特点及函数构造进行创造性的研究,首次提出了小波分析的概念,建立了以他的名字命名的Morlet小波。

1986年以来由于YMeyer、S.Mallat及IDaubechies等的奠基工作,小波分析迅速发展成为一门新兴学科。

Meyer所著的小波与算子,Daubechies所著的小波十讲是小波研究领域最权威的著作。小波变换是对Fourier分析方法的突破。

它不但在时域和频域同时具有良好的局部化性质,而且对低频信号在频域和对高频信号在时域里都有很好的分辨率,从而可以聚集到对象的任意细节。

小波分析相当于一个数学显微镜,具有放大、缩小和平移功能,通过检查不同放大倍数下的变化来研究信号的动态特性。因此,小波分析已成为地球物理、信号处理、图像处理、理论物理等诸多领域的强有力工具。

小波神经网络将小波变换良好的时频局域化特性和神经网络的自学习功能相结合,因而具有较强的逼近能力和容错能力。

在结合方法上,可以将小波函数作为基函数构造神经网络形成小波网络,或者小波变换作为前馈神经网络的输入前置处理工具,即以小波变换的多分辨率特性对过程状态信号进行处理,实现信噪分离,并提取出对加工误差影响最大的状态特性,作为神经网络的输入。

小波神经网络在电机故障诊断、高压电网故障信号处理与保护研究、轴承等机械故障诊断以及许多方面都有应用,将小波神经网络用于感应伺服电机的智能控制,使该系统具有良好的跟踪控制性能,以及好的鲁棒性,利用小波包神经网络进行心血管疾病的智能诊断,小波层进行时频域的自适应特征提取,前向神经网络用来进行分类,正确分类率达到94%。

小波神经网络虽然应用于很多方面,但仍存在一些不足。从提取精度和小波变换实时性的要求出发,有必要根据实际情况构造一些适应应用需求的特殊小波基,以便在应用中取得更好的效果。

另外,在应用中的实时性要求,也需要结合DSP的发展,开发专门的处理芯片,从而满足这方面的要求。混沌神经网络混沌第一个定义是上世纪70年代才被Li-Yorke第一次提出的。

由于它具有广泛的应用价值,自它出现以来就受到各方面的普遍关注。

混沌是一种确定的系统中出现的无规则的运动,混沌是存在于非线性系统中的一种较为普遍的现象,混沌运动具有遍历性、随机性等特点,能在一定的范围内按其自身规律不重复地遍历所有状态。

混沌理论所决定的是非线性动力学混沌,目的是揭示貌似随机的现象背后可能隐藏的简单规律,以求发现一大类复杂问题普遍遵循的共同规律。

1990年Kaihara、T.Takabe和M.Toyoda等人根据生物神经元的混沌特性首次提出混沌神经网络模型,将混沌学引入神经网络中,使得人工神经网络具有混沌行为,更加接近实际的人脑神经网络,因而混沌神经网络被认为是可实现其真实世界计算的智能信息处理系统之一,成为神经网络的主要研究方向之一。

与常规的离散型Hopfield神经网络相比较,混沌神经网络具有更丰富的非线性动力学特性,主要表现如下:在神经网络中引入混沌动力学行为;混沌神经网络的同步特性;混沌神经网络的吸引子。

当神经网络实际应用中,网络输入发生较大变异时,应用网络的固有容错能力往往感到不足,经常会发生失忆现象。

混沌神经网络动态记忆属于确定性动力学运动,记忆发生在混沌吸引子的轨迹上,通过不断地运动(回忆过程)一一联想到记忆模式,特别对于那些状态空间分布的较接近或者发生部分重叠的记忆模式,混沌神经网络总能通过动态联想记忆加以重现和辨识,而不发生混淆,这是混沌神经网络所特有的性能,它将大大改善Hopfield神经网络的记忆能力。

混沌吸引子的吸引域存在,形成了混沌神经网络固有容错功能。这将对复杂的模式识别、图像处理等工程应用发挥重要作用。

混沌神经网络受到关注的另一个原因是混沌存在于生物体真实神经元及神经网络中,并且起到一定的作用,动物学的电生理实验已证实了这一点。

混沌神经网络由于其复杂的动力学特性,在动态联想记忆、系统优化、信息处理、人工智能等领域受到人们极大的关注。

针对混沌神经网络具有联想记忆功能,但其搜索过程不稳定,提出了一种控制方法可以对混沌神经网络中的混沌现象进行控制。研究了混沌神经网络在组合优化问题中的应用。

为了更好的应用混沌神经网络的动力学特性,并对其存在的混沌现象进行有效的控制,仍需要对混沌神经网络的结构进行进一步的改进和调整,以及混沌神经网络算法的进一步研究。

基于粗集理论粗糙集(RoughSets)理论是1982年由波兰华沙理工大学教授Z.Pawlak首先提出,它是一个分析数据的数学理论,研究不完整数据、不精确知识的表达、学习、归纳等方法。

粗糙集理论是一种新的处理模糊和不确定性知识的数学工具,其主要思想就是在保持分类能力不变的前提下,通过知识约简,导出问题的决策或分类规则。

目前,粗糙集理论已被成功应用于机器学习、决策分析、过程控制、模式识别与数据挖掘等领域。

粗集和神经网络的共同点是都能在自然环境下很好的工作,但是,粗集理论方法模拟人类的抽象逻辑思维,而神经网络方法模拟形象直觉思维,因而二者又具有不同特点。

粗集理论方法以各种更接近人们对事物的描述方式的定性、定量或者混合性信息为输入,输入空间与输出空间的映射关系是通过简单的决策表简化得到的,它考虑知识表达中不同属性的重要性确定哪些知识是冗余的,哪些知识是有用的,神经网络则是利用非线性映射的思想和并行处理的方法,用神经网络本身结构表达输入与输出关联知识的隐函数编码。

在粗集理论方法和神经网络方法处理信息中,两者存在很大的两个区别:其一是神经网络处理信息一般不能将输入信息空间维数简化,当输入信息空间维数较大时,网络不仅结构复杂,而且训练时间也很长;而粗集方法却能通过发现数据间的关系,不仅可以去掉冗余输入信息,而且可以简化输入信息的表达空间维数。

其二是粗集方法在实际问题的处理中对噪声较敏感,因而用无噪声的训练样本学习推理的结果在有噪声的环境中应用效果不佳。而神经网络方法有较好的抑制噪声干扰的能力。

因此将两者结合起来,用粗集方法先对信息进行预处理,即把粗集网络作为前置系统,再根据粗集方法预处理后的信息结构,构成神经网络信息处理系统。

通过二者的结合,不但可减少信息表达的属性数量,减小神经网络构成系统的复杂性,而且具有较强的容错及抗干扰能力,为处理不确定、不完整信息提供了一条强有力的途径。

目前粗集与神经网络的结合已应用于语音识别、专家系统、数据挖掘、故障诊断等领域,将神经网络和粗集用于声源位置的自动识别,将神经网络和粗集用于专家系统的知识获取中,取得比传统专家系统更好的效果,其中粗集进行不确定和不精确数据的处理,神经网络进行分类工作。

虽然粗集与神经网络的结合已应用于许多领域的研究,为使这一方法发挥更大的作用还需考虑如下问题:模拟人类抽象逻辑思维的粗集理论方法和模拟形象直觉思维的神经网络方法更加有效的结合;二者集成的软件和硬件平台的开发,提高其实用性。

与分形理论的结合自从美国哈佛大学数学系教授BenoitB.Mandelbrot于20世纪70年代中期引入分形这一概念,分形几何学(Fractalgeometry)已经发展成为科学的方法论--分形理论,且被誉为开创了20世纪数学重要阶段。

现已被广泛应用于自然科学和社会科学的几乎所有领域,成为现今国际上许多学科的前沿研究课题之一。由于在许多学科中的迅速发展,分形已成为一门描述自然界中许多不规则事物的规律性的学科。

它已被广泛应用在生物学、地球地理学、天文学、计算机图形学等各个领域。

用分形理论来解释自然界中那些不规则、不稳定和具有高度复杂结构的现象,可以收到显著的效果,而将神经网络与分形理论相结合,充分利用神经网络非线性映射、计算能力、自适应等优点,可以取得更好的效果。

分形神经网络的应用领域有图像识别、图像编码、图像压缩,以及机械设备系统的故障诊断等。

分形图像压缩/解压缩方法有着高压缩率和低遗失率的优点,但运算能力不强,由于神经网络具有并行运算的特点,将神经网络用于分形图像压缩/解压缩中,提高了原有方法的运算能力。

将神经网络与分形相结合用于果实形状的识别,首先利用分形得到几种水果轮廓数据的不规则性,然后利用3层神经网络对这些数据进行辨识,继而对其不规则性进行评价。

分形神经网络已取得了许多应用,但仍有些问题值得进一步研究:分形维数的物理意义;分形的计算机仿真和实际应用研究。随着研究的不断深入,分形神经网络必将得到不断的完善,并取得更好的应用效果。?。

除了MATLAB能做BP神经网络,还有其他什么软件能做

除了MATLAB能做BP神经网络,还有其他什么软件能做理论上编程语言都可以,比如VB,C语言,过程也都是建模、量化、运算及结果输出(图、表),但是matlab发展到现在,集成了很多的工具箱,所以用的最为广泛,用其他的就得是要从源码开发入手了,何必舍近求远。

NeuroSolutions for Excel这个功能可以实现多种神经网络嘛?

神经网络是一种能适应新环境的系统,它针对过去经验(信息)的重覆学习,而具有分析、预测、推理、分类等能力,是当今能够仿效人类大脑去解决复杂问题的系统,比起常规的系统(使用统计方法、模式识别、分类、线性或非线性方法)而言,以神经网络为基础的系统具有更强大的功能和分析问题技巧,可以用来解决信号处理、仿真预测、分析决策等复杂的问题。

目前,神经网络已被广泛应到了数据密集型企业。本文主要介绍神经网络的应用领域以及推荐一款目前市场上功能最强大的神经网络软件NeuroSolutions。

神经网络的应用领域流程建模与控制(ProcessModelingandControl)为物理设备创建一个神经网络模型,通过该模型来决定设备的最佳控制设置。

机器故障诊断(MachineDiagnostics)当检测到机器出现故障时,系统可以自动关闭机器。

证券管理(PortfolioManagement)以一种高回报、低风险的方式分配证券资产进行投资。

目标识别(TargetRecognition)通过视频或者红外图像数据检测是否存在敌方目标,被广泛运用于军事领域。

医学诊断(MedicalDiagnosis)通过分析报告的症状和MRI、X-射线图像数据,协助医生诊断。信用评级(CreditRating)根据财务状况,自动对公司或者个人进行信用评级。

目标市场(targetedmarketing)根据统计学,找出对营销活动反响率最高的人群。语音识别(VoiceRecognition)将语音转换为ASCII文本。

经济预测(FinancialForecasting)通过历史安全数据预测未来经济活动的安全性。

质量控制(QualityControl)将照相机或传感器绑定到生产过程的最后环节,自动检查产品是否有缺陷。

智能搜索(IntelligentSearching)互联网搜索引擎会基于用户过去的行为提供最相关的内容和广告。欺诈检测(FraudDetection)检测信用卡欺诈交易,并自动拒绝付款。

光学字符识别(OCR)在人工神经网络介绍及OCR软件应用举例一文中提到,打印的文档被扫描并转换为电子格式,例如ASCII文本,易于操作和/或更有效地存储。

神经网络软件推荐NeuroSolutions是最热门的神经网络仿真软件,它可以协助你快速建构出你所要的神经网络、让你方便来训练、测试你的网络。

NeuroSolutions提供了90种以上的视觉化类神经组件,可让使用者任意连接及合成不同的网络架构以实现类神经网络仿真及专业化应用,这样同时兼具视觉化美感的操作界面及强大功能的专业化软件,是其他同等级的产品所望其项背的。

神经网络的应用领域及神经网络软件推荐NeuroSolutions特色功能:1、面向对象,图形人机界面方便使用,可利用拖拉方式建立出你要的网络模型2、提供NeuralWizard,协助找寻所需要的网络,并自动建构出你所需要的模型3、提供NeuralExpert专家分析系统,以询问方式协助建构网络模型4、NeuroSolutionsforExcel,让你可以透过Excel来输入数据,建立网络,测试模型5、具有动态神经网络模型分析。

神经网络研究与应用这块用python好还是matlab?

两者或许无所谓好与坏。只要自己喜欢用,那就是好的,但是目前代码数量来看,可以学习的源代码MATLAB有非常多的源码。最重要的是,MATLAB里有神经网络工具箱,有可视化界面更容易调整参数。

若果你是需要使用神经网络去完成某些数据分析,而你的数据又不是很多,那么建议你使用matlab,里面有已经搭建好的工具箱,非常齐全。

pathon和matlab在一些方面还是有不同点的,就像是如果你要是想将算法学好点,那么你就可以选择matlab这样比较好,但是如果是神经网络研究的话,那么MATLAB当然是最好的,做深度学习的话,建议使用Python。

想要用什么来学还要看你自己的需求,想要学什么。

在一定条件允许的情况下,可以不妨试试选择pathon,它含括了许许多多的函数,可以在一定程度上帮助自己学习,但是最好的建议还是学习MATLAB,因为matlab中还是有很多有关神经网络学的相关知识的,便于我们研究学习。

Python就比较容易上手学了,不用花很多的时间去研究,基本上就可以拿来就用。

若果你对神经网络已经熟悉是,是打算投入应用,而且你的数据很大,那么根据你所需要的神经网络,用C或其他你认为性能好的语言,针对你的问题重新编一个算法,也不会花很大功夫。

这样既省了自己的时间,又让自己轻松学习。总结来说,不论你学什么,用什么路径去学总是会达到想要的目的,但是重要的是在于学习的过程。

 

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