有哪些深度神经网络模型?
目前经常使用的深度神经网络模型主要有卷积神经网络(CNN)、递归神经网络(RNN)、深信度网络(DBN)、深度自动编码器(AutoEncoder)和生成对抗网络(GAN)等。
递归神经网络实际.上包含了两种神经网络。
一种是循环神经网络(RecurrentNeuralNetwork);另一种是结构递归神经网络(RecursiveNeuralNetwork),它使用相似的网络结构递归形成更加复杂的深度网络。
RNN它们都可以处理有序列的问题,比如时间序列等且RNN有“记忆”能力,可以“模拟”数据间的依赖关系。卷积网络的精髓就是适合处理结构化数据。
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这种教学方式能够引发学员的独立思考及主观能动性,学员掌握的技能知识可以快速转化为自身能够灵活应用的技能,在面对不同场景时能够自由发挥。点击预约免费试听课。
有哪些深度神经网络模型
目前经常使用的深度神经网络模型主要有卷积神经网络(CNN)、递归神经网络(RNN)、深信度网络(DBN)、深度自动编码器(AutoEncoder)和生成对抗网络
递归神经网络实际.上包含了两种神经网络。
一种是循环神经网络(RecurrentNeuralNetwork);另一种是结构递归神经网络(RecursiveNeuralNetwork),它使用相似的网络结构递归形成更加复杂的深度网络。
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BP神经网络模型各个参数的选取问题
样本变量不需要那么多,因为神经网络的信息存储能力有限,过多的样本会造成一些有用的信息被丢弃。如果样本数量过多,应增加隐层节点数或隐层数目,才能增强学习能力。
一、隐层数一般认为,增加隐层数可以降低网络误差(也有文献认为不一定能有效降低),提高精度,但也使网络复杂化,从而增加了网络的训练时间和出现“过拟合”的倾向。
一般来讲应设计神经网络应优先考虑3层网络(即有1个隐层)。一般地,靠增加隐层节点数来获得较低的误差,其训练效果要比增加隐层数更容易实现。
对于没有隐层的神经网络模型,实际上就是一个线性或非线性(取决于输出层采用线性或非线性转换函数型式)回归模型。
因此,一般认为,应将不含隐层的网络模型归入回归分析中,技术已很成熟,没有必要在神经网络理论中再讨论之。
二、隐层节点数在BP网络中,隐层节点数的选择非常重要,它不仅对建立的神经网络模型的性能影响很大,而且是训练时出现“过拟合”的直接原因,但是目前理论上还没有一种科学的和普遍的确定方法。
目前多数文献中提出的确定隐层节点数的计算公式都是针对训练样本任意多的情况,而且多数是针对最不利的情况,一般工程实践中很难满足,不宜采用。事实上,各种计算公式得到的隐层节点数有时相差几倍甚至上百倍。
为尽可能避免训练时出现“过拟合”现象,保证足够高的网络性能和泛化能力,确定隐层节点数的最基本原则是:在满足精度要求的前提下取尽可能紧凑的结构,即取尽可能少的隐层节点数。
研究表明,隐层节点数不仅与输入/输出层的节点数有关,更与需解决的问题的复杂程度和转换函数的型式以及样本数据的特性等因素有关。
请简述一下神经网络的PDB模型 5
。
资料1.人工神经网络理论基础包括:(1)PDP(ParallelDistribatedProcessing)模式(2)容限理论(3)网络拓扑(4)混沌理论1、PDP模式PDP模式是一种认知心理的平行分布式模式。
认知是信息处理过程,并且是知觉、注意、记忆、学习、表象、思维、概念形式、问题求解、语言、情绪、个性差异等等有机联系的处理过程。PDP模式是一种接近人类思维推论的模式。
人脑中知识的表达是采用分布式的表达结构,人脑的控制是实行分布式的控制方式。相互作用、相互限制是PDP模式的基本思想,平行分布是PDP模式的基本构架。
PDP模式的实施,需要一种合理的表示方法,其中一种表示方法便是人工神经网络表示法。即采用类似于大脑神经网络的体系结构,在这种基本体系结构下,使人工神经网络经过学习训练,能适应多种知识体系。
参考:?boardid=7&id=924&star=1&page=2资料2.神经网络模型信息加工模型有助于理论家把其理论假设进一步细致化、具体化。
然而正如我们在第一节所讨论过的,遵循联结主义传统的学者对比提出了反对意见,认为这一模型假设认知过程是继时性流动,而事实并非总是如此,(参见Rumelhart,Hinton,和McClelland,1986),至少有一些认知过程更可能是同时发生的。
比如说司机开车时可同时与人讲话。一种用得越来越多的模型是神经网络模型(或称并行分布模型)。这类模型认为不同的认知过程可以同时发生,这一假设与人们的主观感觉相一致:许多东西同时出现在脑海中。
这一假设还与我们已知的大脑神经的操作相一致。神经网络模型假设有一系列相互连接的加工单元,而且这些单元的激活水平是不同的。根据不同的传播规则,激活从一个单元传播到与之相连的其它单元。参考:3.。
神经网络BP模型
一、BP模型概述误差逆传播(ErrorBack-Propagation)神经网络模型简称为BP(Back-Propagation)网络模型。
PallWerbas博士于1974年在他的博士论文中提出了误差逆传播学习算法。完整提出并被广泛接受误差逆传播学习算法的是以Rumelhart和McCelland为首的科学家小组。
他们在1986年出版“ParallelDistributedProcessing,ExplorationsintheMicrostructureofCognition”(《并行分布信息处理》)一书中,对误差逆传播学习算法进行了详尽的分析与介绍,并对这一算法的潜在能力进行了深入探讨。
BP网络是一种具有3层或3层以上的阶层型神经网络。上、下层之间各神经元实现全连接,即下层的每一个神经元与上层的每一个神经元都实现权连接,而每一层各神经元之间无连接。
网络按有教师示教的方式进行学习,当一对学习模式提供给网络后,神经元的激活值从输入层经各隐含层向输出层传播,在输出层的各神经元获得网络的输入响应。
在这之后,按减小期望输出与实际输出的误差的方向,从输入层经各隐含层逐层修正各连接权,最后回到输入层,故得名“误差逆传播学习算法”。
随着这种误差逆传播修正的不断进行,网络对输入模式响应的正确率也不断提高。
BP网络主要应用于以下几个方面:1)函数逼近:用输入模式与相应的期望输出模式学习一个网络逼近一个函数;2)模式识别:用一个特定的期望输出模式将它与输入模式联系起来;3)分类:把输入模式以所定义的合适方式进行分类;4)数据压缩:减少输出矢量的维数以便于传输或存储。
在人工神经网络的实际应用中,80%~90%的人工神经网络模型采用BP网络或它的变化形式,它也是前向网络的核心部分,体现了人工神经网络最精华的部分。
二、BP模型原理下面以三层BP网络为例,说明学习和应用的原理。
1.数据定义P对学习模式(xp,dp),p=1,2,…,P;输入模式矩阵X[N][P]=(x1,x2,…,xP);目标模式矩阵d[M][P]=(d1,d2,…,dP)。
三层BP网络结构输入层神经元节点数S0=N,i=1,2,…,S0;隐含层神经元节点数S1,j=1,2,…,S1;神经元激活函数f1[S1];权值矩阵W1[S1][S0];偏差向量b1[S1]。
输出层神经元节点数S2=M,k=1,2,…,S2;神经元激活函数f2[S2];权值矩阵W2[S2][S1];偏差向量b2[S2]。
学习参数目标误差ϵ;初始权更新值Δ0;最大权更新值Δmax;权更新值增大倍数η+;权更新值减小倍数η-。
2.误差函数定义对第p个输入模式的误差的计算公式为中国矿产资源评价新技术与评价新模型y2kp为BP网的计算输出。
3.BP网络学习公式推导BP网络学习公式推导的指导思想是,对网络的权值W、偏差b修正,使误差函数沿负梯度方向下降,直到网络输出误差精度达到目标精度要求,学习结束。
各层输出计算公式输入层y0i=xi,i=1,2,…,S0;隐含层中国矿产资源评价新技术与评价新模型y1j=f1(z1j),j=1,2,…,S1;输出层中国矿产资源评价新技术与评价新模型y2k=f2(z2k),k=1,2,…,S2。
输出节点的误差公式中国矿产资源评价新技术与评价新模型对输出层节点的梯度公式推导中国矿产资源评价新技术与评价新模型E是多个y2m的函数,但只有一个y2k与wkj有关,各y2m间相互独立。
其中中国矿产资源评价新技术与评价新模型则中国矿产资源评价新技术与评价新模型设输出层节点误差为δ2k=(dk-y2k)·f2′(z2k),则中国矿产资源评价新技术与评价新模型同理可得中国矿产资源评价新技术与评价新模型对隐含层节点的梯度公式推导中国矿产资源评价新技术与评价新模型E是多个y2k的函数,针对某一个w1ji,对应一个y1j,它与所有的y2k有关。
因此,上式只存在对k的求和,其中中国矿产资源评价新技术与评价新模型则中国矿产资源评价新技术与评价新模型设隐含层节点误差为中国矿产资源评价新技术与评价新模型则中国矿产资源评价新技术与评价新模型同理可得中国矿产资源评价新技术与评价新模型4.采用弹性BP算法(RPROP)计算权值W、偏差b的修正值ΔW,Δb1993年德国MartinRiedmiller和HeinrichBraun在他们的论文“ADirectAdaptiveMethodforFasterBackpropagationLearning:TheRPROPAlgorithm”中,提出ResilientBackpropagation算法——弹性BP算法(RPROP)。
这种方法试图消除梯度的大小对权步的有害影响,因此,只有梯度的符号被认为表示权更新的方向。
权改变的大小仅仅由权专门的“更新值”确定中国矿产资源评价新技术与评价新模型其中表示在模式集的所有模式(批学习)上求和的梯度信息,(t)表示t时刻或第t次学习。
权更新遵循规则:如果导数是正(增加误差),这个权由它的更新值减少。如果导数是负,更新值增加。中国矿产资源评价新技术与评价新模型RPROP算法是根据局部梯度信息实现权步的直接修改。
对于每个权,我们引入它的各自的更新值,它独自确定权更新值的大小。
这是基于符号相关的自适应过程,它基于在误差函数E上的局部梯度信息,按照以下的学习规则更新中国矿产资源评价新技术与评价新模型其中0<η-<1<η+。
在每个时刻,如果目标函数的梯度改变它的符号,它表示最后的更新太大,更新值应由权更新值减小倍数因子η-得到减少;如果目标函数的梯度保持它的符号,更新值应由权更新值增大倍数因子η+得到增大。
为了减少自由地可调参数的数目,增大倍数因子η+和减小倍数因子η–被设置到固定值η+=1.2,η-=0.5,这两个值在大量的实践中得到了很好的效果。
RPROP算法采用了两个参数:初始权更新值Δ0和最大权更新值Δmax当学习开始时,所有的更新值被设置为初始值Δ0,因为它直接确定了前面权步的大小,它应该按照权自身的初值进行选择,例如,Δ0=0.1(默认设置)。
为了使权不至于变得太大,设置最大权更新值限制Δmax,默认上界设置为Δmax=50.0。在很多实验中,发现通过设置最大权更新值Δmax到相当小的值,例如Δmax=1.0。
我们可能达到误差减小的平滑性能。5.计算修正权值W、偏差b第t次学习,权值W、偏差b的的修正公式W(t)=W(t-1)+ΔW(t),b(t)=b(t-1)+Δb(t),其中,t为学习次数。
6.BP网络学习成功结束条件每次学习累积误差平方和中国矿产资源评价新技术与评价新模型每次学习平均误差中国矿产资源评价新技术与评价新模型当平均误差MSE<ε,BP网络学习成功结束。
7.BP网络应用预测在应用BP网络时,提供网络输入给输入层,应用给定的BP网络及BP网络学习得到的权值W、偏差b,网络输入经过从输入层经各隐含层向输出层的“顺传播”过程,计算出BP网的预测输出。
8.神经元激活函数f线性函数f(x)=x,f′(x)=1,f(x)的输入范围(-∞,+∞),输出范围(-∞,+∞)。一般用于输出层,可使网络输出任何值。
S型函数S(x)中国矿产资源评价新技术与评价新模型f(x)的输入范围(-∞,+∞),输出范围(0,1)。f′(x)=f(x)[1-f(x)],f′(x)的输入范围(-∞,+∞),输出范围(0,]。
一般用于隐含层,可使范围(-∞,+∞)的输入,变成(0,1)的网络输出,对较大的输入,放大系数较小;而对较小的输入,放大系数较大,所以可用来处理和逼近非线性的输入/输出关系。
在用于模式识别时,可用于输出层,产生逼近于0或1的二值输出。双曲正切S型函数中国矿产资源评价新技术与评价新模型f(x)的输入范围(-∞,+∞),输出范围(-1,1)。
f′(x)=1-f(x)·f(x),f′(x)的输入范围(-∞,+∞),输出范围(0,1]。
一般用于隐含层,可使范围(-∞,+∞)的输入,变成(-1,1)的网络输出,对较大的输入,放大系数较小;而对较小的输入,放大系数较大,所以可用来处理和逼近非线性的输入/输出关系。
阶梯函数类型1中国矿产资源评价新技术与评价新模型f(x)的输入范围(-∞,+∞),输出范围{0,1}。f′(x)=0。
类型2中国矿产资源评价新技术与评价新模型f(x)的输入范围(-∞,+∞),输出范围{-1,1}。f′(x)=0。
斜坡函数类型1中国矿产资源评价新技术与评价新模型f(x)的输入范围(-∞,+∞),输出范围[0,1]。中国矿产资源评价新技术与评价新模型f′(x)的输入范围(-∞,+∞),输出范围{0,1}。
类型2中国矿产资源评价新技术与评价新模型f(x)的输入范围(-∞,+∞),输出范围[-1,1]。中国矿产资源评价新技术与评价新模型f′(x)的输入范围(-∞,+∞),输出范围{0,1}。
三、总体算法1.三层BP网络(含输入层,隐含层,输出层)权值W、偏差b初始化总体算法(1)输入参数X[N][P],S0,S1,f1[S1],S2,f2[S2];(2)计算输入模式X[N][P]各个变量的最大值,最小值矩阵Xmax[N],Xmin[N];(3)隐含层的权值W1,偏差b1初始化。
情形1:隐含层激活函数f()都是双曲正切S型函数1)计算输入模式X[N][P]的每个变量的范围向量Xrng[N];2)计算输入模式X的每个变量的范围均值向量Xmid[N];3)计算W,b的幅度因子Wmag;4)产生[-1,1]之间均匀分布的S0×1维随机数矩阵Rand[S1];5)产生均值为0,方差为1的正态分布的S1×S0维随机数矩阵Randnr[S1][S0],随机数范围大致在[-1,1];6)计算W[S1][S0],b[S1];7)计算隐含层的初始化权值W1[S1][S0];8)计算隐含层的初始化偏差b1[S1];9))输出W1[S1][S0],b1[S1]。
情形2:隐含层激活函数f()都是S型函数1)计算输入模式X[N][P]的每个变量的范围向量Xrng[N];2)计算输入模式X的每个变量的范围均值向量Xmid[N];3)计算W,b的幅度因子Wmag;4)产生[-1,1]之间均匀分布的S0×1维随机数矩阵Rand[S1];5)产生均值为0,方差为1的正态分布的S1×S0维随机数矩阵Randnr[S1][S0],随机数范围大致在[-1,1];6)计算W[S1][S0],b[S1];7)计算隐含层的初始化权值W1[S1][S0];8)计算隐含层的初始化偏差b1[S1];9)输出W1[S1][S0],b1[S1]。
情形3:隐含层激活函数f()为其他函数的情形1)计算输入模式X[N][P]的每个变量的范围向量Xrng[N];2)计算输入模式X的每个变量的范围均值向量Xmid[N];3)计算W,b的幅度因子Wmag;4)产生[-1,1]之间均匀分布的S0×1维随机数矩阵Rand[S1];5)产生均值为0,方差为1的正态分布的S1×S0维随机数矩阵Randnr[S1][S0],随机数范围大致在[-1,1];6)计算W[S1][S0],b[S1];7)计算隐含层的初始化权值W1[S1][S0];8)计算隐含层的初始化偏差b1[S1];9)输出W1[S1][S0],b1[S1]。
(4)输出层的权值W2,偏差b2初始化1)产生[-1,1]之间均匀分布的S2×S1维随机数矩阵W2[S2][S1];2)产生[-1,1]之间均匀分布的S2×1维随机数矩阵b2[S2];3)输出W2[S2][S1],b2[S2]。
2.应用弹性BP算法(RPROP)学习三层BP网络(含输入层,隐含层,输出层)权值W、偏差b总体算法函数:Train3BP_RPROP(S0,X,P,S1,W1,b1,f1,S2,W2,b2,f2,d,TP)(1)输入参数P对模式(xp,dp),p=1,2,…,P;三层BP网络结构;学习参数。
(2)学习初始化1);2)各层W,b的梯度值,初始化为零矩阵。
(3)由输入模式X求第一次学习各层输出y0,y1,y2及第一次学习平均误差MSE(4)进入学习循环epoch=1(5)判断每次学习误差是否达到目标误差要求如果MSE<ϵ,则,跳出epoch循环,转到(12)。
(6)保存第epoch-1次学习产生的各层W,b的梯度值,(7)求第epoch次学习各层W,b的梯度值,1)求各层误差反向传播值δ;2)求第p次各层W,b的梯度值,;3)求p=1,2,…,P次模式产生的W,b的梯度值,的累加。
(8)如果epoch=1,则将第epoch-1次学习的各层W,b的梯度值,设为第epoch次学习产生的各层W,b的梯度值,。
(9)求各层W,b的更新1)求权更新值Δij更新;2)求W,b的权更新值,;3)求第epoch次学习修正后的各层W,b。
(10)用修正后各层W、b,由X求第epoch次学习各层输出y0,y1,y2及第epoch次学习误差MSE(11)epoch=epoch+1,如果epoch≤MAX_EPOCH,转到(5);否则,转到(12)。
(12)输出处理1)如果MSE<ε,则学习达到目标误差要求,输出W1,b1,W2,b2。2)如果MSE≥ε,则学习没有达到目标误差要求,再次学习。
(13)结束3.三层BP网络(含输入层,隐含层,输出层)预测总体算法首先应用Train3lBP_RPROP()学习三层BP网络(含输入层,隐含层,输出层)权值W、偏差b,然后应用三层BP网络(含输入层,隐含层,输出层)预测。
函数:Simu3lBP()。1)输入参数:P个需预测的输入数据向量xp,p=1,2,…,P;三层BP网络结构;学习得到的各层权值W、偏差b。
2)计算P个需预测的输入数据向量xp(p=1,2,…,P)的网络输出y2[S2][P],输出预测结果y2[S2][P]。四、总体算法流程图BP网络总体算法流程图见附图2。
五、数据流图BP网数据流图见附图1。
六、实例实例一全国铜矿化探异常数据BP模型分类1.全国铜矿化探异常数据准备在全国铜矿化探数据上用稳健统计学方法选取铜异常下限值33.1,生成全国铜矿化探异常数据。
2.模型数据准备根据全国铜矿化探异常数据,选取7类33个矿点的化探数据作为模型数据。
这7类分别是岩浆岩型铜矿、斑岩型铜矿、矽卡岩型、海相火山型铜矿、陆相火山型铜矿、受变质型铜矿、海相沉积型铜矿,另添加了一类没有铜异常的模型(表8-1)。3.测试数据准备全国化探数据作为测试数据集。
4.BP网络结构隐层数2,输入层到输出层向量维数分别为14,9、5、1。学习率设置为0.9,系统误差1e-5。没有动量项。表8-1模型数据表续表5.计算结果图如图8-2、图8-3。
图8-2图8-3全国铜矿矿床类型BP模型分类示意图实例二全国金矿矿石量品位数据BP模型分类1.模型数据准备根据全国金矿储量品位数据,选取4类34个矿床数据作为模型数据,这4类分别是绿岩型金矿、与中酸性浸入岩有关的热液型金矿、微细浸染型型金矿、火山热液型金矿(表8-2)。
2.测试数据准备模型样本点和部分金矿点金属量、矿石量、品位数据作为测试数据集。3.BP网络结构输入层为三维,隐层1层,隐层为三维,输出层为四维,学习率设置为0.8,系统误差1e-4,迭代次数5000。
表8-2模型数据4.计算结果结果见表8-3、8-4。表8-3训练学习结果表8-4预测结果(部分)续表。
神经网络模型的选择 比如我要做预测我是选择bp 呀还是rbf 还是竞争网络呀? 如果做分类又该怎样选择?