1.无导师学习算法:Hebb学习率 :
Hebb算法核心思想是,当两个神经元同时处于激发状态时两者间的连接权会被加强,否则被减弱。
类似于狗对食物铃声的条件反射实验,Hebb的理论认为在同一时间被激发的神经元间的联系会被强化。比如,铃声响时一个神经元被激发,在同一时间食物的出现会激发附近的另一个神经元,那么这两个神经元间的联系就会强化,从而记住这两个事物之间存在着联系。相反,如果两个神经元总是不能同步激发,那么它们间的联系将会越来越弱。
Hebb学习律可表示为:
其中wij表示神经元j到神经元i的连接权,yi与yj为两个神经元的输出,a是表示学习速度的常数。若yi与yj同时被激活,即yi与yj同时为正,那么Wij将增大。若yi被激活,而yj处于抑制状态,即yi为正yj为负,那么Wij将变小。
2.有导师学习算法:Delta学习规则:
Delta学习规则是一种简单的有导师学习算法,该算法根据神经元的实际输出与期望输出差别来调整连接权,其数学表示如下:
其中Wij表示神经元j到神经元i的连接权,di是神经元i的期望输出,yi是神经元i的实际输出,xj表示神经元j状态,若神经元j处于激活态则xj为1,若处于抑制状态则xj为0或-1(根据激活函数而定)。a是表示学习速度的常数。假设xi为1,若di比yi大,那么Wij将增大,若di比yi小,那么Wij将变小。
Delta规则简单讲来就是:若神经元实际输出比期望输出大,则减小所有输入为正的连接的权重,增大所有输入为负的连接的权重。反之,若神经元实际输出比期望输出小,则增大所有输入为正的连接的权重,减小所有输入为负的连接的权重。这个增大或减小的幅度就根据上面的式子来计算。
3.归一化算法 :
一种简单而快速的归一化算法是线性转换算法。线性转换算法常见有两种形式:
<1>
y = ( x - min )/( max - min )
其中min为x的最小值,max为x的最大值,输入向量为x,归一化后的输出向量为y 。上式将数据归一化到 [ 0 , 1 ]区间,当激活函数采用S形函数时(值域为(0,1))时这条式子适用。
<2>
y = 2 * ( x - min ) / ( max - min ) - 1
这条公式将数据归一化到 [ -1 , 1 ] 区间。当激活函数采用双极S形函数(值域为(-1,1))时这条式子适用。
4.Matlab数据归一化处理函数
Matlab中归一化处理数据可以采用premnmx , postmnmx , tramnmx 这3个函数。
<1> premnmx
语法:[pn,minp,maxp,tn,mint,maxt] = premnmx(p,t)
参数:
pn: p矩阵按行归一化后的矩阵
minp,maxp:p矩阵每一行的最小值,最大值
tn:t矩阵按行归一化后的矩阵
mint,maxt:t矩阵每一行的最小值,最大值
作用:将矩阵p,t归一化到[-1,1] ,主要用于归一化处理训练数据集。
<2> tramnmx
语法:[pn] = tramnmx(p,minp,maxp)
参数:
minp,maxp:premnmx函数计算的矩阵的最小,最大值
pn:归一化后的矩阵
作用:主要用于归一化处理待分类的输入数据。
<3> postmnmx
语法: [p,t] = postmnmx(pn,minp,maxp,tn,mint,maxt)
参数:
minp,maxp:premnmx函数计算的p矩阵每行的最小值,最大值
mint,maxt:premnmx函数计算的t矩阵每行的最小值,最大值
作用:将矩阵pn,tn映射回归一化处理前的范围。postmnmx函数主要用于将神经网络的输出结果映射回归一化前的数据范围。
5.使用Matlab实现神经网络
使用Matlab建立前馈神经网络主要会使用到下面3个函数:
newff :前馈网络创建函数
train:训练一个神经网络
sim :使用网络进行仿真
下面简要介绍这3个函数的用法。
(1) newff函数
<1>newff函数语法
newff函数参数列表有很多的可选参数,具体可以参考Matlab的帮助文档,这里介绍newff函数的一种简单的形式。
语法:net = newff ( A, B, {C} ,‘trainFun’)
参数:
A:一个n×2的矩阵,第i行元素为输入信号xi的最小值和最大值;
B:一个k维行向量,其元素为网络中各层节点数;
C:一个k维字符串行向量,每一分量为对应层神经元的激活函数;
trainFun :为学习规则采用的训练算法。
<2>常用的激活函数
常用的激活函数有:
a) 线性函数 (Linear transfer function)
f(x) = x
该函数的字符串为’purelin’。
b) 对数S形转移函数( Logarithmic sigmoid transfer function )
该函数的字符串为’logsig’。
c) 双曲正切S形函数 (Hyperbolic tangent sigmoid transfer function )
也就是上面所提到的双极S形函数。
该函数的字符串为’ tansig’。
Matlab的安装目录下的toolbox\nnet\nnet\nntransfer子目录中有所有激活函数的定义说明。
<3>常见的训练函数
常见的训练函数有:
traingd :梯度下降BP训练函数(Gradient descent backpropagation)
traingdx :梯度下降自适应学习率训练函数
<4>网络配置参数
一些重要的网络配置参数如下:
net.trainparam.goal :神经网络训练的目标误差
net.trainparam.show : 显示中间结果的周期
net.trainparam.epochs :最大迭代次数
net.trainParam.lr : 学习率
(2) train函数
网络训练学习函数。
语法:[ net, tr, Y1, E ] = train( net, X, Y )
参数:
X:网络实际输入
Y:网络应有输出
tr:训练跟踪信息
Y1:网络实际输出
E:误差矩阵
(3) sim函数
语法:Y=sim(net,X)
参数:
net:网络
X:输入给网络的K×N矩阵,其中K为网络输入个数,N为数据样本数
Y:输出矩阵Q×N,其中Q为网络输出个数