(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。
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第一章主要阐述人工神经网络理论的产生及发展历史、理论特点和研究方向;第二章至第九章介绍人工神经网络理论中比较成熟且常用的几种主要网络结构、算法和应用途径;第十章用较多篇幅介绍了人工神经网络理论在各个领域的应用实例。
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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。
一.一些基本常识和原理[什么叫神经网络?]人的思维有逻辑性和直观性两种不同的基本方式。
逻辑性的思维是指根据逻辑规则进行推理的过程;它先将信息化成概念,并用符号表示,然后,根据符号运算按串行模式进行逻辑推理;这一过程可以写成串行的指令,让计算机执行。
然而,直观性的思维是将分布式存储的信息综合起来,结果是忽然间产生想法或解决问题的办法。
这种思维方式的根本之点在于以下两点:1.信息是通过神经元上的兴奋模式分布储在网络上;2.信息处理是通过神经元之间同时相互作用的动态过程来完成的。人工神经网络就是模拟人思维的第二种方式。
这是一个非线性动力学系统,其特色在于信息的分布式存储和并行协同处理。虽然单个神经元的结构极其简单,功能有限,但大量神经元构成的网络系统所能实现的行为却是极其丰富多彩的。
[人工神经网络的工作原理]人工神经网络首先要以一定的学习准则进行学习,然后才能工作。
现以人工神经网络对手写“A”、“B”两个字母的识别为例进行说明,规定当“A”输入网络时,应该输出“1”,而当输入为“B”时,输出为“0”。
所以网络学习的准则应该是:如果网络作出错误的的判决,则通过网络的学习,应使得网络减少下次犯同样错误的可能性。
首先,给网络的各连接权值赋予(0,1)区间内的随机值,将“A”所对应的图象模式输入给网络,网络将输入模式加权求和、与门限比较、再进行非线性运算,得到网络的输出。
在此情况下,网络输出为“1”和“0”的概率各为50%,也就是说是完全随机的。这时如果输出为“1”(结果正确),则使连接权值增大,以便使网络再次遇到“A”模式输入时,仍然能作出正确的判断。
如果输出为“0”(即结果错误),则把网络连接权值朝着减小综合输入加权值的方向调整,其目的在于使网络下次再遇到“A”模式输入时,减小犯同样错误的可能性。
如此操作调整,当给网络轮番输入若干个手写字母“A”、“B”后,经过网络按以上学习方法进行若干次学习后,网络判断的正确率将大大提高。
这说明网络对这两个模式的学习已经获得了成功,它已将这两个模式分布地记忆在网络的各个连接权值上。当网络再次遇到其中任何一个模式时,能够作出迅速、准确的判断和识别。
一般说来,网络中所含的神经元个数越多,则它能记忆、识别的模式也就越多。
=================================================关于一个神经网络模拟程序的下载人工神经网络实验系统(BP网络)V1.0Beta作者:沈琦作者关于此程序的说明:从输出结果可以看到,前3条"学习"指令,使"输出"神经元收敛到了值0.515974。
而后3条"学习"指令,其收敛到了值0.520051。再看看处理4和11的指令结果P*Out1:0.520051看到了吗?"大脑"识别出了4和11是属于第二类的!
怎么样?很神奇吧?再打show指令看看吧!"神经网络"已经形成了!你可以自己任意的设"模式"让这个"大脑"学习分辩哦!只要样本数据量充分(可含有误差的样本),如果能够在out数据上收敛地话,那它就能分辨地很准哦!有时不是绝对精确,因为它具有"模糊处理"的特性.看Process输出的值接近哪个Learning的值就是"大脑"作出的"模糊性"判别!=================================================人工神经网络论坛(旧版,枫舞推荐)国际神经网络学会(INNS)(英文)欧洲神经网络学会(ENNS)(英文)亚太神经网络学会(APNNA)(英文)日本神经网络学会(JNNS)(日文)国际电气工程师协会神经网络分会研学论坛神经网络;sty=1&age=0人工智能研究者俱乐部2nsoft人工神经网络中文站=================================================推荐部分书籍:人工神经网络技术入门讲稿(PDF)神经网络FAQ(英文)数字神经网络系统(电子图书)神经网络导论(英文)===============================================一份很有参考价值的讲座是Powerpoint文件,比较大,如果网速不够最好用鼠标右键下载另存.。
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神经网络,你先学好高数里的很多级数,如泰勒展开式,傅里叶级数,洛朗级数等这些级数对现实模型都有逼近作用,神经网络最初都是单神经元,如果你对泰勒展开时比较深刻了之后,你就可以很轻松的证明单层感知器的数学动力学原理,之后学习多层感知器的概念无非只是加入欧式空间的概念,在低位高度非线性的模型,在高纬上线性化,到这里理解后,后面的神经网络学习在理解上就很轻松了,现在的书的确都写的很糟糕,神经网络最好和函数逼近空间几何一起学,理论上是相通的,祝你学习愉快。