(一)方法原理人工神经网络是由大量的类似人脑神经元的简单处理单元广泛地相互连接而成的复杂的网络系统。理论和实践表明,在信息处理方面,神经网络方法比传统模式识别方法更具有优势。
人工神经元是神经网络的基本处理单元,其接收的信息为x1,x2,…,xn,而ωij表示第i个神经元到第j个神经元的连接强度或称权重。
神经元的输入是接收信息X=(x1,x2,…,xn)与权重W={ωij}的点积,将输入与设定的某一阈值作比较,再经过某种神经元激活函数f的作用,便得到该神经元的输出Oi。
常见的激活函数为Sigmoid型。
人工神经元的输入与输出的关系为地球物理勘探概论式中:xi为第i个输入元素,即n维输入矢量X的第i个分量;ωi为第i个输入与处理单元间的互联权重;θ为处理单元的内部阈值;y为处理单元的输出。
常用的人工神经网络是BP网络,它由输入层、隐含层和输出层三部分组成。BP算法是一种有监督的模式识别方法,包括学习和识别两部分,其中学习过程又可分为正向传播和反向传播两部分。
正向传播开始时,对所有的连接权值置随机数作为初值,选取模式集的任一模式作为输入,转向隐含层处理,并在输出层得到该模式对应的输出值。每一层神经元状态只影响下一层神经元状态。
此时,输出值一般与期望值存在较大的误差,需要通过误差反向传递过程,计算模式的各层神经元权值的变化量 。这个过程不断重复,直至完成对该模式集所有模式的计算,产生这一轮训练值的变化量Δωij。
在修正网络中各种神经元的权值后,网络重新按照正向传播方式得到输出。实际输出值与期望值之间的误差可以导致新一轮的权值修正。正向传播与反向传播过程循环往复,直到网络收敛,得到网络收敛后的互联权值和阈值。
(二)BP神经网络计算步骤(1)初始化连接权值和阈值为一小的随机值,即W(0)=任意值,θ(0)=任意值。(2)输入一个样本X。
(3)正向传播,计算实际输出,即根据输入样本值、互联权值和阈值,计算样本的实际输出。
其中输入层的输出等于输入样本值,隐含层和输出层的输入为地球物理勘探概论输出为地球物理勘探概论式中:f为阈值逻辑函数,一般取Sigmoid函数,即地球物理勘探概论式中:θj表示阈值或偏置;θ0的作用是调节Sigmoid函数的形状。
较小的θ0将使Sigmoid函数逼近于阈值逻辑单元的特征,较大的θ0将导致Sigmoid函数变平缓,一般取θ0=1。
(4)计算实际输出与理想输出的误差地球物理勘探概论式中:tpk为理想输出;Opk为实际输出;p为样本号;k为输出节点号。
(5)误差反向传播,修改权值地球物理勘探概论式中:地球物理勘探概论地球物理勘探概论(6)判断收敛。若误差小于给定值,则结束,否则转向步骤(2)。
(三)塔北雅克拉地区BP神经网络预测实例以塔北雅克拉地区S4井为已知样本,取氧化还原电位,放射性元素Rn、Th、Tc、U、K和地震反射 构造面等7个特征为识别的依据。
构造面反映了局部构造的起伏变化,其局部隆起部位应是油气运移和富集的有利部位,它可以作为判断含油气性的诸种因素之一。
在该地区投入了高精度重磁、土壤微磁、频谱激电等多种方法,一些参数未入选为判别的特征参数,是因为某些参数是相关的。
在使用神经网络方法判别之前,还采用K-L变换(Karhaem-Loeve)来分析和提取特征。S4井位于测区西南部5线25点,是区内唯一已知井。
该井在5390.6m的侏罗系地层获得40.6m厚的油气层,在5482m深的震旦系地层中获58m厚的油气层。
取S4井周围9个点,即4~6线的23~25 点作为已知油气的训练样本;由于区内没有未见油的钻井,只好根据地质资料分析,选取14~16线的55~57点作为非油气的训练样本。
BP网络学习迭代17174次,总误差为0.0001,学习效果相当满意。以学习后的网络进行识别,得出结果如图6-2-4所示。
图6-2-4 塔北雅克拉地区BP神经网络聚类结果(据刘天佑等,1997)由图6-2-4可见,由预测值大于0.9可得5个大封闭圈远景区,其中测区南部①号远景区对应着已知油井S4井;②、③号油气远景区位于地震勘探所查明的托库1、2号构造,该两个构造位于沙雅隆起的东段,其西段即为1984年钻遇高产油气流的Sch2井,应是含油气性好的远景区;④、⑤号远景区位于大涝坝构造,是yh油田的组成部分。
谷歌人工智能写作项目:神经网络伪原创
1、神经网络的结构(例如2输入3隐节点1输出)建好后,一般就要求神经网络里的权值和阈值好文案。现在一般求解权值和阈值,都是采用梯度下降之类的搜索算法(梯度下降法、牛顿法、列文伯格-马跨特法、狗腿法等等)。
2、这些算法会先初始化一个解,在这个解的基础上,确定一个搜索方向和一个移动步长(各种法算确定方向和步长的方法不同,也就使各种算法适用于解决不同的问题),使初始解根据这个方向和步长移动后,能使目标函数的输出(在神经网络中就是预测误差)下降。
3、然后将它更新为新的解,再继续寻找下一步的移动方向的步长,这样不断的迭代下去,目标函数(神经网络中的预测误差)也不断下降,最终就能找到一个解,使得目标函数(预测误差)比较小。
4、而在寻解过程中,步长太大,就会搜索得不仔细,可能跨过了优秀的解,而步长太小,又会使寻解过程进行得太慢。因此,步长设置适当非常重要。
5、学习率对原步长(在梯度下降法中就是梯度的长度)作调整,如果学习率lr = 0.1,那么梯度下降法中每次调整的步长就是0.1*梯度, 6、而在matlab神经网络工具箱里的lr,代表的是初始学习率。
因为matlab工具箱为了在寻解不同阶段更智能的选择合适的步长,使用的是可变学习率,它会根据上一次解的调整对目标函数带来的效果来对学习率作调整,再根据学习率决定步长。
人工神经网络有很多种,我只会最常用的BP神经网络。不同的网络有不同的结构和不同的学习算法。简单点说,人工神经网络就是一个函数。只是这个函数有别于一般的函数。它比普通的函数多了一个学习的过程。
在学习的过程中,它根据正确结果不停地校正自己的网络结构,最后达到一个满意的精度。这时,它才开始真正的工作阶段。学习人工神经网络最好先安装MathWords公司出的MatLab软件。
利用该软件,你可以在一周之内就学会建立你自己的人工神经网络解题模型。如果你想自己编程实现人工神经网络,那就需要找一本有关的书籍,专门看神经网络学习算法的那部分内容。
因为“学习算法”是人工神经网络的核心。最常用的BP人工神经网络,使用的就是BP学习算法。
人工神经网络模型主要考虑网络连接的拓扑结构、神经元的特征、学习规则等。目前,已有近40种神经网络模型,其中有反传网络、感知器、自组织映射、Hopfield网络、波耳兹曼机、适应谐振理论等。
根据连接的拓扑结构,神经网络模型可以分为:(1)前向网络 网络中各个神经元接受前一级的输入,并输出到下一级,网络中没有反馈,可以用一个有向无环路图表示。
这种网络实现信号从输入空间到输出空间的变换,它的信息处理能力来自于简单非线性函数的多次复合。网络结构简单,易于实现。反传网络是一种典型的前向网络。
(2)反馈网络 网络内神经元间有反馈,可以用一个无向的完备图表示。这种神经网络的信息处理是状态的变换,可以用动力学系统理论处理。系统的稳定性与联想记忆功能有密切关系。
Hopfield网络、波耳兹曼机均属于这种类型。学习是神经网络研究的一个重要内容,它的适应性是通过学习实现的。根据环境的变化,对权值进行调整,改善系统的行为。
由Hebb提出的Hebb学习规则为神经网络的学习算法奠定了基础。Hebb规则认为学习过程最终发生在神经元之间的突触部位,突触的联系强度随着突触前后神经元的活动而变化。
在此基础上,人们提出了各种学习规则和算法,以适应不同网络模型的需要。
有效的学习算法,使得神经网络能够通过连接权值的调整,构造客观世界的内在表示,形成具有特色的信息处理方法,信息存储和处理体现在网络的连接中。
根据学习环境不同,神经网络的学习方式可分为监督学习和非监督学习。
在监督学习中,将训练样本的数据加到网络输入端,同时将相应的期望输出与网络输出相比较,得到误差信号,以此控制权值连接强度的调整,经多次训练后收敛到一个确定的权值。
当样本情况发生变化时,经学习可以修改权值以适应新的环境。使用监督学习的神经网络模型有反传网络、感知器等。非监督学习时,事先不给定标准样本,直接将网络置于环境之中,学习阶段与工作阶段成为一体。
此时,学习规律的变化服从连接权值的演变方程。非监督学习最简单的例子是Hebb学习规则。竞争学习规则是一个更复杂的非监督学习的例子,它是根据已建立的聚类进行权值调整。
自组织映射、适应谐振理论网络等都是与竞争学习有关的典型模型。
研究神经网络的非线性动力学性质,主要采用动力学系统理论、非线性规划理论和统计理论,来分析神经网络的演化过程和吸引子的性质,探索神经网络的协同行为和集体计算功能,了解神经信息处理机制。
为了探讨神经网络在整体性和模糊性方面处理信息的可能,混沌理论的概念和方法将会发挥作用。混沌是一个相当难以精确定义的数学概念。
一般而言,“混沌”是指由确定性方程描述的动力学系统中表现出的非确定性行为,或称之为确定的随机性。
“确定性”是因为它由内在的原因而不是外来的噪声或干扰所产生,而“随机性”是指其不规则的、不能预测的行为,只可能用统计的方法描述。
混沌动力学系统的主要特征是其状态对初始条件的灵敏依赖性,混沌反映其内在的随机性。
混沌理论是指描述具有混沌行为的非线性动力学系统的基本理论、概念、方法,它把动力学系统的复杂行为理解为其自身与其在同外界进行物质、能量和信息交换过程中内在的有结构的行为,而不是外来的和偶然的行为,混沌状态是一种定态。
混沌动力学系统的定态包括:静止、平稳量、周期性、准同期性和混沌解。混沌轨线是整体上稳定与局部不稳定相结合的结果,称之为奇异吸引子。