神經網路怎麼導出模型

㈠ BP神經網路

神經網路能很好地解決不同的機器學習問題。神經網路模型是許多邏輯單元按照不同層級組織起來的網路，每一層的輸出變數都是下一層的輸入變數。

上圖顯示了人工神經網路是一個分層模型，邏輯上可以分為三層：

輸入層 ：輸入層接收特徵向量 x

輸出層 ：輸出層產出最終的預測 h

隱含層 ：隱含層介於輸入層與輸出層之間，之所以稱之為隱含層，是因為當中產生的值並不像輸入層使用的樣本矩陣 X或者輸出層用到的標簽矩陣 y 那樣直接可見。

下面引入一些標記法來幫助描述模型：

!$ a^{(j)}_{i} $ 代表第j層的第i個激活單元。 !$ heta^{(j)} $ 代表從第 j 層映射到第 j+1 層時的權重的矩陣，例如 !$ heta^{(1)} $ 代表從第一層映射到第二層的權重的矩陣。其尺寸為：以第 j+1層的激活單元數量為行數，以第 j 層的激活單元數加一為列數的矩陣。例如：上圖所示的神經網路中 !$ heta^{(1)} $ 的尺寸為 3*4。

對於上圖所示的模型，激活單元和輸出分別表達為：

!$ a^{(2)}_{1} = g( heta^{(1)}_{10}x_0 + heta^{(1)}_{11}x_1 + heta^{(1)}_{12}x_2 + heta^{(1)}_{13}x_3 ) $

!$a^{(2)}_{2} = g( heta^{(1)}_{20}x_0 + heta^{(1)}_{21}x_1 + heta^{(1)}_{22}x_2 + heta^{(1)}_{23}x_3 ) $

!$a^{(2)}_{3} = g( heta^{(1)}_{30}x_0 + heta^{(1)}_{31}x_1 + heta^{(1)}_{32}x_2 + heta^{(1)}_{33}x_3 ) $

!$h_{ heta}{(x)} = g( heta^{(2)}_{10}a^{2}_{0} + heta^{(2)}_{11}a^{2}_{1} + heta^{(2)}_{12}a^{2}_{2} + heta^{(2)}_{13}a^{2}_{3} ) $

下面用向量化的方法以上面的神經網路為例，試著計算第二層的值：

對於多類分類問題來說:

我們可將神經網路的分類定義為兩種情況:二類分類和多類分類。

二類分類： !$ S_{L} = 0,y = 0,y = 1$

多類分類： !$ S_{L} = k, y_{i} = 1表示分到第i類；(k>2)$

在神經網路中，我們可以有很多輸出變數，我們的 !$h_{ heta}{(x)} $ 是一個維度為K的向量，並且我們訓練集中的因變數也是同樣維度的一個向量，因此我們的代價函數會比邏輯回歸更加復雜一些，為： !$ h_{ heta}{(x)} in R^{K}(h_{ heta}{(x)})_{i} = i^{th} output$

我們希望通過代價函數來觀察演算法預測的結果與真實情況的誤差有多大，唯一不同的是，對於每一行特徵，我們都會給出K個預測，基本上我們可以利用循環，對每一行特徵都預測K個不同結果，然後在利用循環在K個預測中選擇可能性最高的一個，將其與y中的實際數據進行比較。

正則化的那一項只是排除了每一層 !$ heta_0$ 後，每一層的 矩陣的和。最里層的循環j循環所有的行（由 +1 層的激活單元數決定），循環i則循環所有的列，由該層（ !$ s_l$ 層）的激活單元數所決定。即： !$h_{ heta}{(x)}$ 與真實值之間的距離為每個樣本-每個類輸出的加和，對參數進行 regularization 的 bias 項處理所有參數的平方和。

由於神經網路允許多個隱含層，即各層的神經元都會產出預測，因此，就不能直接利用傳統回歸問題的梯度下降法來最小化 !$J( heta)$ ，而需要逐層考慮預測誤差，並且逐層優化。為此，在多層神經網路中，使用反向傳播演算法（Backpropagation Algorithm）來優化預測，首先定義各層的預測誤差為向量 !$ δ^{(l)} $

訓練過程：

當我們對一個較為復雜的模型（例如神經網路）使用梯度下降演算法時，可能會存在一些不容易察覺的錯誤，意味著，雖然代價看上去在不斷減小，但最終的結果可能並不是最優解。

為了避免這樣的問題，我們採取一種叫做梯度的數值檢驗（ Numerical Gradient Checking ）方法。這種方法的思想是通過估計梯度值來檢驗我們計算的導數值是否真的是我們要求的。

對梯度的估計採用的方法是在代價函數上沿著切線的方向選擇離兩個非常近的點然後計算兩個點的平均值用以估計梯度。即對於某個特定的 ，我們計算出在 !$ heta - epsilon$ 處和 !$ heta + epsilon$ 的代價值（是一個非常小的值，通常選取 0.001），然後求兩個代價的平均，用以估計在 !$ heta$ 處的代價值。

當 !$ heta$ 是一個向量時，我們則需要對偏導數進行檢驗。因為代價函數的偏導數檢驗只針對一個參數的改變進行檢驗，下面是一個只針對 !$ heta_1$ 進行檢驗的示例：

如果上式成立，則證明網路中BP演算法有效，此時關閉梯度校驗演算法（因為梯度的近似計算效率很慢），繼續網路的訓練過程。

㈡ 急問求助。用spss我已經分析好了神經網路模型。如何調用它，輸如其他因變數，輸出自變數的值

1. 你說錯了吧？ 應該是輸入自變數，輸出因變數。

2. 如果你想在當前打開的文件中，再輸入數據，進行預測值的輸出，應該先輸入好自變數，保持因變數欄位空缺，再進行一次分析模型（參數不要做任何改變）。

3. 如果你是想在新的文件中進行預測，那就先把模型導出為xml文件。然後打開新數據，然後在『實用程序』下的菜單欄里點擊'評分向導'，把原先保存下來的xml文件導入進來，進行預測。--這個做法和其他模型的使用是一樣的。

㈢ matlab神經網路工具箱訓練出來的函數，怎麼輸出得到函數代碼段

這樣：

clear;

%輸入數據矩陣

p1=zeros(1,1000);

p2=zeros(1,1000);

%填充數據

for i=1:1000

p1(i)=rand;

p2(i)=rand;

end

%輸入層有兩個，樣本數為1000

p=[p1;p2];

%目標（輸出）數據矩陣，待擬合的關系為簡單的三角函數

t = cos(pi*p1)+sin(pi*p2);

%對訓練集中的輸入數據矩陣和目標數據矩陣進行歸一化處理

[pn, inputStr] = mapminmax(p);

[tn, outputStr] = mapminmax(t);

%建立BP神經網路

net = newff(pn, tn, [200,10]);

%每10輪回顯示一次結果

net.trainParam.show = 10;

%最大訓練次數

net.trainParam.epochs = 5000;

%網路的學習速率

net.trainParam.lr = 0.05;

%訓練網路所要達到的目標誤差

net.trainParam.goal = 10^(-8);

%網路誤差如果連續6次迭代都沒變化，則matlab會默認終止訓練。為了讓程序繼續運行，用以下命令取消這條設置

net.divideFcn = '';

%開始訓練網路

net = train(net, pn, tn);

%訓練完網路後要求網路的權值w和閾值b

%獲取網路權值、閾值

netiw = net.iw;

netlw = net.lw;

netb = net.b;

w1 = net.iw{1,1}; %輸入層到隱層1的權值

b1 = net.b{1} ; %輸入層到隱層1的閾值

w2 = net.lw{2,1}; %隱層1到隱層2的權值

b2 = net.b{2} ; %隱層1到隱層2的閾值

w3 = net.lw{3,2}; %隱層2到輸出層的權值

b3 = net.b{3} ;%隱層2到輸出層的閾值

%在默認的訓練函數下，擬合公式為，y=w3*tansig(w2*tansig(w1*in+b1)+b2)+b3;

%用公式計算測試數據[x1;x2]的輸出，輸入要歸一化，輸出反歸一化

in = mapminmax('apply',[x1;x2],inputStr);

y=w3*tansig(w2*tansig(w1*in+b1)+b2)+b3;

y1=mapminmax('reverse',y,outputStr);

%用bp神經網路驗證計算結果

out = sim(net,in);

out1=mapminmax('reverse',out,outputStr);

(3)神經網路怎麼導出模型擴展閱讀：

注意事項

一、訓練函數

1、traingd

Name：Gradient descent backpropagation （梯度下降反向傳播演算法 ）

Description：triangd is a network training function that updates weight and bias values according to gradient descent.

2、traingda

Name：Gradient descentwith adaptive learning rate backpropagation(自適應學習率的t梯度下降反向傳播演算法)

Description：triangd is a network training function that updates weight and bias values according to gradient descent with adaptive learning rate.it will return a trained net (net) and the trianing record (tr).

3、traingdx (newelm函數默認的訓練函數)

name:Gradient descent with momentum and adaptive learning rate backpropagation(帶動量的梯度下降的自適應學習率的反向傳播演算法)

Description：triangdx is a network training function that updates weight and bias values according to gradient descent momentumand an adaptive learning rate.it will return a trained net (net) and the trianing record (tr).

4、trainlm

Name：Levenberg-Marquardtbackpropagation（L-M反向傳播演算法）

Description：triangd is a network training function that updates weight and bias values according toLevenberg-Marquardt optimization.it will return a trained net (net) and the trianing record (tr).

註：更多的訓練演算法請用matlab的help命令查看。

二、學習函數

1、learngd

Name：Gradient descent weight and bias learning function（梯度下降的權值和閾值學習函數）

Description：learngd is the gradient descentweight and bias learning function, it willreturn theweight change dWand a new learning state.

2、learngdm

Name：Gradient descentwith momentumweight and bias learning function（帶動量的梯度下降的權值和閾值學習函數）

Description：learngd is the gradient descentwith momentumweight and bias learning function, it willreturn the weight change dW and a new learning state.

註：更多的學習函數用matlab的help命令查看。

三、訓練函數與學習函數的區別

函數的輸出是權值和閾值的增量，訓練函數的輸出是訓練好的網路和訓練記錄，在訓練過程中訓練函數不斷調用學習函數修正權值和閾值，通過檢測設定的訓練步數或性能函數計算出的誤差小於設定誤差，來結束訓練。

或者這么說：訓練函數是全局調整權值和閾值，考慮的是整體誤差的最小。學習函數是局部調整權值和閾值，考慮的是單個神經元誤差的最小。

它的基本思想是學習過程由信號的正向傳播與誤差的反向傳播兩個過程組成。

正向傳播時，輸入樣本從輸入層傳入,經各隱層逐層處理後,傳向輸出層。若輸出層的實際輸出與期望的輸出(教師信號)不符,則轉入誤差的反向傳播階段。

反向傳播時，將輸出以某種形式通過隱層向輸入層逐層反傳,並將誤差分攤給各層的所有單元,從而獲得各層單元的誤差信號,此誤差信號即作為修正各單元權值的依據。

㈣ 使用神經網路用matlab進行建模，最後的權重值要輸出么，怎麼輸出得出的模型怎麼用來驗證和預測

得出的權值要回賦給這個神經網路，權值就好像黑匣子里邊的未知的東西，你通過訓練數據得到最佳權值後把它賦給這個黑匣子，黑匣子就成了已知得了，給它一組輸入運行就會有相應的輸出y，這個輸出是我們預測的，需要跟實際的輸出比較得出誤差，誤差大證明系統模型不好，誤差小說明系統模型更接近真實的系統，至於權值怎麼賦給模型，網上有代碼，粒子群優化bp神經網路，遺傳演算法優化神經網路的都有，我也是看了一段時間，理解的不深刻，建模主要是通過已知的輸入輸出數據訓練網路的權值和閾值，我現在在學習鍋爐系統建模和優化，大家可以一起交流學習qq191991427

㈤ 利用人工神經網路建立模型的步驟

人工神經網路有很多種，我只會最常用的BP神經網路。不同的網路有不同的結構和不同的學習演算法。

簡單點說，人工神經網路就是一個函數。只是這個函數有別於一般的函數。它比普通的函數多了一個學習的過程。

在學習的過程中，它根據正確結果不停地校正自己的網路結構，最後達到一個滿意的精度。這時，它才開始真正的工作階段。

學習人工神經網路最好先安裝MathWords公司出的MatLab軟體。利用該軟體，你可以在一周之內就學會建立你自己的人工神經網路解題模型。

如果你想自己編程實現人工神經網路，那就需要找一本有關的書籍，專門看神經網路學習演算法的那部分內容。因為「學習演算法」是人工神經網路的核心。最常用的BP人工神經網路，使用的就是BP學習演算法。

㈥ torchsummary：計算神經網路模型各層輸出特徵圖尺寸及參數量

【注意】：此工具是針對PyTorch的，需配合PyTorch使用！
使用順序可概括如下：
（1）導入torchsummary中的summary對象；
（2）建立神經網路模型；
（3）輸入 模型（model）、輸入尺寸（input_size）、批次大小（batch_size）、運行平台（device） 信息，運行後即可得到summary函數的返回值。

4個參數在（3）中已進行了解釋， 其中device是指cpu或gpu .

輸出如下：

可以看出， batch_size可以不指定，默認為-1 。summary函數會對模型中的每層輸出特徵圖尺寸進行計算，並計算每層含有的參數量以及模型的參數總量等信息，對於逐層統計計算和分析非常直觀和簡潔。

㈦ matlab神經網路工具箱怎麼效果好

導入數據：選擇合適的數據，一定要選數值矩陣形式
在這里插入圖片描述在這里插入圖片描述

進行訓練
在這里插入圖片描述

接下來就點next，選擇輸入輸出，Sample are是選擇以行還是列放置矩陣的，注意調整

在這里插入圖片描述

接下來一直next，在這兒點train

在這里插入圖片描述

查看結果

在這里插入圖片描述

導出代碼：再點next，直到這個界面，先勾選下面的，再點Simple Script生成代碼
在這里插入圖片描述

使用訓練好的神經網路進行預測
使用下方命令，z是需要預測的輸入變數，net就是訓練好的模型

在這里插入圖片描述

再將結果輸出成excel就行啦

在這里插入圖片描述

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