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神經網路學習率精度如何設置

發布時間:2024-09-04 11:55:04

⑴ matlab bp神經網路 精度低

首先是我不知道你用的matlab是什麼版本。

如果用的2010以後的版本,那麼你這樣初始化神經網路一定會報警告。

2010版以後初始化神經網路的語句是這樣的

net = newff(p, t, 7);

輸出層不需要自己去告訴系統。

我想知道的第二個問題,是你的輸出層函數是否需要使用logsig。如果使用purelin,那麼你大可不必去歸一化。後面我會告訴你原因。

你手動指定了訓練次數,但是學習率0.01這個數值不知道你從哪裡找到的。我可能會選擇高一點的學習率,最高我用過0.25.

訓練函數你也是手動指定的,這個是需要的么?如果不需要,對於7個神經節點,完全可以使用trainlm,這樣你也不需要這么多的訓練次數。


下面說一下2010以後的matlab中,神經網路訓練增加的一個功能。在初始化神經網路以後,有一個默認的dividing function,將訓練樣本中的一部分用來校驗神經網路性能,以防止過度訓練。那麼這個參數可能會導致訓練不充分。在初始化神經網路以後,需要做的工作是設定net.divideFcn = '';用來去掉這個分配函數。

如果你需要更改你的transfer function,那麼可以在net.layers{2}.transferFcn = 'logsig'將輸出層傳輸函數手動修改。


那麼,我使用全默認設置,沒有進行歸一化處理,獲得的結果是這樣的。

這個就是把你的t和訓練後的神經網路計算的結果放在一起。結果已經很不錯了。

如過我去掉了分配函數,那麼神經網路就會一直訓練到訓練次數上限或者達到目標值。165次訓練後,誤差值是1.77e-19(誤差使用mean squared error計算),結果在這里貼出來已經沒意義了,因為幾乎沒有誤差。

如果你還有問題,那麼跟我細聊一下。

⑵ 卷積神經網路中的learn rate是怎麼設置的

學習率的作用是不斷調整權值閾值。對於traingdm等函數建立的BP網路,學習速率一般取0.01-0.1之間。

⑶ 神經網路超參數選擇

深度學習模型通常由隨機梯度下降演算法進行訓練。隨機梯度下降演算法有許多變形:例如 Adam、RMSProp、Adagrad 等等。這些演算法都需要你設置學習率。學習率決定了在一個小批量(mini-batch)中權重在梯度方向要移動多遠。

如果學習率很低,訓練會變得更加可靠,但是優化會耗費較長的時間,因為朝向損失函數最小值的每個步長很小。
如果學習率很高,訓練可能根本不會收斂,損失函數一直處於波動中,甚至會發散。權重的改變數可能非常大,使得優化越過最小值,使得損失函數變得更糟。

訓練應當從相對較大的學習率開始。這是因為在開始時,初始的隨機權重遠離最優值。在訓練過程中,學習率應當下降,以允許細粒度的權重更新。

參考: https://www.jiqixin.com/articles/2017-11-17-2

批次大小是每一次訓練神經網路送入模型的樣本數。在 合理的范圍之內 ,越大的 batch size 使下降方向越准確,震盪越小,通常取值為[16,32,64,128]。

Batch_Size=全部數據集 缺點:
1) 隨著數據集的海量增長和內存限制,一次性載入所有的數據進來變得越來越不可行。
2) 以 Rprop 的方式迭代,會由於各個 Batch 之間的采樣差異性,各次梯度修正值相互抵消,無法修正。
Batch_Size = 1 缺點:
使用在線學習,每次修正方向以各自樣本的梯度方向修正,橫沖直撞各自為政,難以達到收斂。

在合理范圍內,增大 Batch_Size 有何好處?
1) 內存利用率提高了,大矩陣乘法的並行化效率提高。
2) 跑完一次 epoch(全數據集)所需的迭代次數減少,對於相同數據量的處理速度進一步加快。
3) 在一定范圍內,一般來說 Batch_Size 越大,其確定的下降方向越准,引起訓練震盪越小。

盲目增大 Batch_Size 有何壞處?
1) 內存利用率提高了,但是內存容量可能撐不住了。
2) 跑完一次 epoch(全數據集)所需的迭代次數減少,要想達到相同的精度,其所花費的時間大大增加了,從而對參數的修正也就顯得更加緩慢。
3) Batch_Size 增大到一定程度,其確定的下降方向已經基本不再變化。

參考: https://blog.csdn.net/juronghui/article/details/78612653

迭代次數是指整個訓練集輸入到神經網路進行訓練的次數,當測試錯誤率和訓練錯誤率相差較小,且測試准確率趨於穩定時(達到最優),可認為當前迭代次數合適;當測試錯誤率先變小後變大時則說明迭代次數過大了,需要減小迭代次數,否則容易出現過擬合。

用激活函數給神經網路加入一些非線性因素,使得網路可以更好地解決較為復雜的問題。參考: https://blog.csdn.net/tyhj_sf/article/details/79932893

它能夠把輸入的連續實值變換為0和1之間的輸出。
缺點:
1) 在深度神經網路中梯度反向傳遞時導致梯度爆炸和梯度消失,其中梯度爆炸發生的概率非常小,而梯度消失發生的概率比較大。
2) Sigmoid 的 output 不是0均值,使得收斂緩慢。batch的輸入能緩解這個問題。

它解決了Sigmoid函數的不是zero-centered輸出問題,然而梯度消失的問題和冪運算的問題仍然存在。
tanh函數具有中心對稱性,適合於有對稱性的二分類

雖然簡單,但卻是近幾年的重要成果,有以下幾大優點:
1) 解決了梯度消散問題 (在正區間)
2)計算速度非常快,只需要判斷輸入是否大於0
3)收斂速度遠快於sigmoid和tanh
ReLU也有幾個需要特別注意的問題:
1)ReLU的輸出不是zero-centered
2)Dead ReLU Problem,指的是某些神經元可能永遠不會被激活,導致相應的參數永遠不能被更新。有兩個主要原因可能導致這種情況產生: (1) 非常不幸的參數初始化,這種情況比較少見 (2) learning rate太高導致在訓練過程中參數更新太大,不幸使網路進入這種狀態。解決方法是可以採用Xavier初始化方法,以及避免將learning rate設置太大或使用adagrad等自動調節learning rate的演算法。

為了解決Dead ReLU Problem,提出了將ReLU的前半段設為 αx 而非 0 ,如 PReLU 。

1)深度學習往往需要大量時間來處理大量數據,模型的收斂速度是尤為重要的。所以,總體上來講,訓練深度學習網路盡量使用zero-centered數據 (可以經過數據預處理實現) 和zero-centered輸出。所以要盡量選擇輸出具有zero-centered特點的激活函數以加快模型的收斂速度。
2)如果使用 ReLU,那麼一定要小心設置 learning rate,而且要注意不要讓網路出現很多 「dead」 神經元,如果這個問題不好解決,那麼可以試試 Leaky ReLU、PReLU 或者 Maxout.
3)最好不要用 sigmoid,你可以試試 tanh,不過可以預期它的效果會比不上 ReLU 和 Maxout.

公式: https://www.cnblogs.com/xiaobingqianrui/p/10756046.html
優化器比較: https://blog.csdn.net/weixin_40170902/article/details/80092628

⑷ 神經網路中學習率、批處理樣本數量、迭代次數有什麼意義和影響

學習率是指每次訓練過程中(迭代)變數改變(更新)的比率,例如x(t+1) = x(t) - a * delta
其中a可以看出學習率,一般在0 - 1之間,相當於步長,而delta相當於方向。
批處理樣本數量,標準的BP是單樣本學習的方法,例如圖片識別,第一個圖是貓,然後輸入圖像,網路學習一次(變數更新一次),學習到圖片的特徵,然後再輸入第二個圖片狗,在前面的基礎上再學習。 而批訓練,就是說兩個圖片一起輸入後,計算兩個樣本學習的平均的誤差(Loss), 從整體上來學習整個訓練樣本集合,這樣的學習對於大樣本數據更加有效率。
迭代次數就是學習的次數了,每次迭代就是向最優點前進的一小步,神經網路要學習到樣本的特徵,那就要一步一步地走,走了很多步才能到達符合精度地地點,所以需要學習很多次。

⑸ 神經網路BP演算法中,如何選擇網路學習效率及閾值調整效率

學習效率一般取0~1之間的數如:0.1,0.4,網路初始化閾值賦值(0,1)區間內隨機數,之後通過神經網路訓練不斷調整。樓主只用調整學習效率就行了

⑹ 神經網路BP模型

一、BP模型概述

誤差逆傳播(Error Back-Propagation)神經網路模型簡稱為BP(Back-Propagation)網路模型。

Pall Werbas博士於1974年在他的博士論文中提出了誤差逆傳播學習演算法。完整提出並被廣泛接受誤差逆傳播學習演算法的是以Rumelhart和McCelland為首的科學家小組。他們在1986年出版「Parallel Distributed Processing,Explorations in the Microstructure of Cognition」(《並行分布信息處理》)一書中,對誤差逆傳播學習演算法進行了詳盡的分析與介紹,並對這一演算法的潛在能力進行了深入探討。

BP網路是一種具有3層或3層以上的階層型神經網路。上、下層之間各神經元實現全連接,即下層的每一個神經元與上層的每一個神經元都實現權連接,而每一層各神經元之間無連接。網路按有教師示教的方式進行學習,當一對學習模式提供給網路後,神經元的激活值從輸入層經各隱含層向輸出層傳播,在輸出層的各神經元獲得網路的輸入響應。在這之後,按減小期望輸出與實際輸出的誤差的方向,從輸入層經各隱含層逐層修正各連接權,最後回到輸入層,故得名「誤差逆傳播學習演算法」。隨著這種誤差逆傳播修正的不斷進行,網路對輸入模式響應的正確率也不斷提高。

BP網路主要應用於以下幾個方面:

1)函數逼近:用輸入模式與相應的期望輸出模式學習一個網路逼近一個函數;

2)模式識別:用一個特定的期望輸出模式將它與輸入模式聯系起來;

3)分類:把輸入模式以所定義的合適方式進行分類;

4)數據壓縮:減少輸出矢量的維數以便於傳輸或存儲。

在人工神經網路的實際應用中,80%~90%的人工神經網路模型採用BP網路或它的變化形式,它也是前向網路的核心部分,體現了人工神經網路最精華的部分。

二、BP模型原理

下面以三層BP網路為例,說明學習和應用的原理。

1.數據定義

P對學習模式(xp,dp),p=1,2,…,P;

輸入模式矩陣X[N][P]=(x1,x2,…,xP);

目標模式矩陣d[M][P]=(d1,d2,…,dP)。

三層BP網路結構

輸入層神經元節點數S0=N,i=1,2,…,S0;

隱含層神經元節點數S1,j=1,2,…,S1;

神經元激活函數f1[S1];

權值矩陣W1[S1][S0];

偏差向量b1[S1]。

輸出層神經元節點數S2=M,k=1,2,…,S2;

神經元激活函數f2[S2];

權值矩陣W2[S2][S1];

偏差向量b2[S2]。

學習參數

目標誤差ϵ;

初始權更新值Δ0

最大權更新值Δmax

權更新值增大倍數η+

權更新值減小倍數η-

2.誤差函數定義

對第p個輸入模式的誤差的計算公式為

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y2kp為BP網的計算輸出。

3.BP網路學習公式推導

BP網路學習公式推導的指導思想是,對網路的權值W、偏差b修正,使誤差函數沿負梯度方向下降,直到網路輸出誤差精度達到目標精度要求,學習結束。

各層輸出計算公式

輸入層

y0i=xi,i=1,2,…,S0;

隱含層

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y1j=f1(z1j),

j=1,2,…,S1;

輸出層

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y2k=f2(z2k),

k=1,2,…,S2。

輸出節點的誤差公式

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對輸出層節點的梯度公式推導

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E是多個y2m的函數,但只有一個y2k與wkj有關,各y2m間相互獨立。

其中

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設輸出層節點誤差為

δ2k=(dk-y2k)·f2′(z2k),

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同理可得

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對隱含層節點的梯度公式推導

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E是多個y2k的函數,針對某一個w1ji,對應一個y1j,它與所有的y2k有關。因此,上式只存在對k的求和,其中

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設隱含層節點誤差為

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同理可得

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4.採用彈性BP演算法(RPROP)計算權值W、偏差b的修正值ΔW,Δb

1993年德國 Martin Riedmiller和Heinrich Braun 在他們的論文「A Direct Adaptive Method for Faster Backpropagation Learning:The RPROP Algorithm」中,提出Resilient Backpropagation演算法——彈性BP演算法(RPROP)。這種方法試圖消除梯度的大小對權步的有害影響,因此,只有梯度的符號被認為表示權更新的方向。

權改變的大小僅僅由權專門的「更新值」

確定

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其中

表示在模式集的所有模式(批學習)上求和的梯度信息,(t)表示t時刻或第t次學習。

權更新遵循規則:如果導數是正(增加誤差),這個權由它的更新值減少。如果導數是負,更新值增加。

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RPROP演算法是根據局部梯度信息實現權步的直接修改。對於每個權,我們引入它的

各自的更新值

,它獨自確定權更新值的大小。這是基於符號相關的自適應過程,它基

於在誤差函數E上的局部梯度信息,按照以下的學習規則更新

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其中0<η-<1<η+

在每個時刻,如果目標函數的梯度改變它的符號,它表示最後的更新太大,更新值

應由權更新值減小倍數因子η-得到減少;如果目標函數的梯度保持它的符號,更新值應由權更新值增大倍數因子η+得到增大。

為了減少自由地可調參數的數目,增大倍數因子η+和減小倍數因子η被設置到固定值

η+=1.2,

η-=0.5,

這兩個值在大量的實踐中得到了很好的效果。

RPROP演算法採用了兩個參數:初始權更新值Δ0和最大權更新值Δmax

當學習開始時,所有的更新值被設置為初始值Δ0,因為它直接確定了前面權步的大小,它應該按照權自身的初值進行選擇,例如,Δ0=0.1(默認設置)。

為了使權不至於變得太大,設置最大權更新值限制Δmax,默認上界設置為

Δmax=50.0。

在很多實驗中,發現通過設置最大權更新值Δmax到相當小的值,例如

Δmax=1.0。

我們可能達到誤差減小的平滑性能。

5.計算修正權值W、偏差b

第t次學習,權值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為學習次數。

6.BP網路學習成功結束條件每次學習累積誤差平方和

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每次學習平均誤差

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當平均誤差MSE<ε,BP網路學習成功結束。

7.BP網路應用預測

在應用BP網路時,提供網路輸入給輸入層,應用給定的BP網路及BP網路學習得到的權值W、偏差b,網路輸入經過從輸入層經各隱含層向輸出層的「順傳播」過程,計算出BP網的預測輸出。

8.神經元激活函數f

線性函數

f(x)=x,

f′(x)=1,

f(x)的輸入范圍(-∞,+∞),輸出范圍(-∞,+∞)。

一般用於輸出層,可使網路輸出任何值。

S型函數S(x)

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f(x)的輸入范圍(-∞,+∞),輸出范圍(0,1)。

f′(x)=f(x)[1-f(x)],

f′(x)的輸入范圍(-∞,+∞),輸出范圍(0,

]。

一般用於隱含層,可使范圍(-∞,+∞)的輸入,變成(0,1)的網路輸出,對較大的輸入,放大系數較小;而對較小的輸入,放大系數較大,所以可用來處理和逼近非線性的輸入/輸出關系。

在用於模式識別時,可用於輸出層,產生逼近於0或1的二值輸出。

雙曲正切S型函數

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f(x)的輸入范圍(-∞,+∞),輸出范圍(-1,1)。

f′(x)=1-f(x)·f(x),

f′(x)的輸入范圍(-∞,+∞),輸出范圍(0,1]。

一般用於隱含層,可使范圍(-∞,+∞)的輸入,變成(-1,1)的網路輸出,對較大的輸入,放大系數較小;而對較小的輸入,放大系數較大,所以可用來處理和逼近非線性的輸入/輸出關系。

階梯函數

類型1

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f(x)的輸入范圍(-∞,+∞),輸出范圍{0,1}。

f′(x)=0。

類型2

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f(x)的輸入范圍(-∞,+∞),輸出范圍{-1,1}。

f′(x)=0。

斜坡函數

類型1

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f(x)的輸入范圍(-∞,+∞),輸出范圍[0,1]。

中國礦產資源評價新技術與評價新模型

f′(x)的輸入范圍(-∞,+∞),輸出范圍{0,1}。

類型2

中國礦產資源評價新技術與評價新模型

f(x)的輸入范圍(-∞,+∞),輸出范圍[-1,1]。

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f′(x)的輸入范圍(-∞,+∞),輸出范圍{0,1}。

三、總體演算法

1.三層BP網路(含輸入層,隱含層,輸出層)權值W、偏差b初始化總體演算法

(1)輸入參數X[N][P],S0,S1,f1[S1],S2,f2[S2];

(2)計算輸入模式X[N][P]各個變數的最大值,最小值矩陣 Xmax[N],Xmin[N];

(3)隱含層的權值W1,偏差b1初始化。

情形1:隱含層激活函數f( )都是雙曲正切S型函數

1)計算輸入模式X[N][P]的每個變數的范圍向量Xrng[N];

2)計算輸入模式X的每個變數的范圍均值向量Xmid[N];

3)計算W,b的幅度因子Wmag

4)產生[-1,1]之間均勻分布的S0×1維隨機數矩陣Rand[S1];

5)產生均值為0,方差為1的正態分布的S1×S0維隨機數矩陣Randnr[S1][S0],隨機數范圍大致在[-1,1];

6)計算W[S1][S0],b[S1];

7)計算隱含層的初始化權值W1[S1][S0];

8)計算隱含層的初始化偏差b1[S1];

9))輸出W1[S1][S0],b1[S1]。

情形2:隱含層激活函數f( )都是S型函數

1)計算輸入模式X[N][P]的每個變數的范圍向量Xrng[N];

2)計算輸入模式X的每個變數的范圍均值向量Xmid[N];

3)計算W,b的幅度因子Wmag;

4)產生[-1,1]之間均勻分布的S0×1維隨機數矩陣Rand[S1];

5)產生均值為0,方差為1的正態分布的S1×S0維隨機數矩陣Randnr[S1][S0],隨機數范圍大致在[-1,1];

6)計算W[S1][S0],b[S1];

7)計算隱含層的初始化權值W1[S1][S0];

8)計算隱含層的初始化偏差b1[S1];

9)輸出W1[S1][S0],b1[S1]。

情形3:隱含層激活函數f( )為其他函數的情形

1)計算輸入模式X[N][P]的每個變數的范圍向量Xrng[N];

2)計算輸入模式X的每個變數的范圍均值向量Xmid[N];

3)計算W,b的幅度因子Wmag

4)產生[-1,1]之間均勻分布的S0×1維隨機數矩陣Rand[S1];

5)產生均值為0,方差為1的正態分布的S1×S0維隨機數矩陣Randnr[S1][S0],隨機數范圍大致在[-1,1];

6)計算W[S1][S0],b[S1];

7)計算隱含層的初始化權值W1[S1][S0];

8)計算隱含層的初始化偏差b1[S1];

9)輸出W1[S1][S0],b1[S1]。

(4)輸出層的權值W2,偏差b2初始化

1)產生[-1,1]之間均勻分布的S2×S1維隨機數矩陣W2[S2][S1];

2)產生[-1,1]之間均勻分布的S2×1維隨機數矩陣b2[S2];

3)輸出W2[S2][S1],b2[S2]。

2.應用彈性BP演算法(RPROP)學習三層BP網路(含輸入層,隱含層,輸出層)權值W、偏差b總體演算法

函數:Train3BP_RPROP(S0,X,P,S1,W1,b1,f1,S2,W2,b2,f2,d,TP)

(1)輸入參數

P對模式(xp,dp),p=1,2,…,P;

三層BP網路結構;

學習參數。

(2)學習初始化

1)

2)各層W,b的梯度值

初始化為零矩陣。

(3)由輸入模式X求第一次學習各層輸出y0,y1,y2及第一次學習平均誤差MSE

(4)進入學習循環

epoch=1

(5)判斷每次學習誤差是否達到目標誤差要求

如果MSE<ϵ,

則,跳出epoch循環,

轉到(12)。

(6)保存第epoch-1次學習產生的各層W,b的梯度值

(7)求第epoch次學習各層W,b的梯度值

1)求各層誤差反向傳播值δ;

2)求第p次各層W,b的梯度值

3)求p=1,2,…,P次模式產生的W,b的梯度值

的累加。

(8)如果epoch=1,則將第epoch-1次學習的各層W,b的梯度值

設為第epoch次學習產生的各層W,b的梯度值

(9)求各層W,b的更新

1)求權更新值Δij更新;

2)求W,b的權更新值

3)求第epoch次學習修正後的各層W,b。

(10)用修正後各層W、b,由X求第epoch次學習各層輸出y0,y1,y2及第epoch次學習誤差MSE

(11)epoch=epoch+1,

如果epoch≤MAX_EPOCH,轉到(5);

否則,轉到(12)。

(12)輸出處理

1)如果MSE<ε,

則學習達到目標誤差要求,輸出W1,b1,W2,b2

2)如果MSE≥ε,

則學習沒有達到目標誤差要求,再次學習。

(13)結束

3.三層BP網路(含輸入層,隱含層,輸出層)預測總體演算法

首先應用Train3lBP_RPROP( )學習三層BP網路(含輸入層,隱含層,輸出層)權值W、偏差b,然後應用三層BP網路(含輸入層,隱含層,輸出層)預測。

函數:Simu3lBP( )。

1)輸入參數:

P個需預測的輸入數據向量xp,p=1,2,…,P;

三層BP網路結構;

學習得到的各層權值W、偏差b。

2)計算P個需預測的輸入數據向量xp(p=1,2,…,P)的網路輸出 y2[S2][P],輸出預測結果y2[S2][P]。

四、總體演算法流程圖

BP網路總體演算法流程圖見附圖2。

五、數據流圖

BP網數據流圖見附圖1。

六、實例

實例一 全國銅礦化探異常數據BP 模型分類

1.全國銅礦化探異常數據准備

在全國銅礦化探數據上用穩健統計學方法選取銅異常下限值33.1,生成全國銅礦化探異常數據。

2.模型數據准備

根據全國銅礦化探異常數據,選取7類33個礦點的化探數據作為模型數據。這7類分別是岩漿岩型銅礦、斑岩型銅礦、矽卡岩型、海相火山型銅礦、陸相火山型銅礦、受變質型銅礦、海相沉積型銅礦,另添加了一類沒有銅異常的模型(表8-1)。

3.測試數據准備

全國化探數據作為測試數據集。

4.BP網路結構

隱層數2,輸入層到輸出層向量維數分別為14,9、5、1。學習率設置為0.9,系統誤差1e-5。沒有動量項。

表8-1 模型數據表

續表

5.計算結果圖

如圖8-2、圖8-3。

圖8-2

圖8-3 全國銅礦礦床類型BP模型分類示意圖

實例二 全國金礦礦石量品位數據BP 模型分類

1.模型數據准備

根據全國金礦儲量品位數據,選取4類34個礦床數據作為模型數據,這4類分別是綠岩型金礦、與中酸性浸入岩有關的熱液型金礦、微細浸染型型金礦、火山熱液型金礦(表8-2)。

2.測試數據准備

模型樣本點和部分金礦點金屬量、礦石量、品位數據作為測試數據集。

3.BP網路結構

輸入層為三維,隱層1層,隱層為三維,輸出層為四維,學習率設置為0.8,系統誤差1e-4,迭代次數5000。

表8-2 模型數據

4.計算結果

結果見表8-3、8-4。

表8-3 訓練學習結果

表8-4 預測結果(部分)

續表

⑺ 你好,請問你知道在matlab神經網路工具箱里,學習率在哪裡設置嗎

lr就是學習率,performance是主要指標,你在程序里寫的goal就是MSE,決定最後精度的。

%%BP演算法
functionOut=bpnet(p,t,p_test)
globalS1
net=newff(minmax(p),[S1,8],{'tansig','purelin'},'trainlm');%trainlm訓練函數最有效
%net=newff(P,T,31,{'tansig','purelin'},'trainlm');%新版用法
net.trainParam.epochs=1000;
net.trainParam.goal=0.00001;
net.trainParam.lr=0.01;%這是學習率
net=train(net,p,t);
Out=sim(net,p_test);
end


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