分析基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識庫的多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成方法

莊強(qiáng) 張溪

摘 要： 科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，且廣泛地應(yīng)用于我國的多個(gè)領(lǐng)域之中，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜問題的簡單化，大大提高了工作人員的工作效率。本文對多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成方法進(jìn)行了概述，并詳細(xì)分析闡述了在BP網(wǎng)絡(luò)集成的基礎(chǔ)上進(jìn)行非線性的研究案例。

關(guān)鍵詞： 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識庫 多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成 方法研究

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用，在我國的多個(gè)領(lǐng)域中使用，且已經(jīng)小有成就。但是在使用的過程中還不成熟，仍存在很大的不足和問題，這就需要工作人員進(jìn)行反復(fù)的試驗(yàn)和計(jì)算，以獲得有關(guān)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在使用的過程中，會(huì)受到操作人員的影響，因此結(jié)果表現(xiàn)出來的也就不同。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際使用的過程中，操作人員多是缺乏專業(yè)知識水平的普通工作人員，這就導(dǎo)致神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的使用效果得不到保障，因此需要系統(tǒng)的、可靠的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型操作的應(yīng)用體系。

一、多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成方法

1.在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識庫基礎(chǔ)上發(fā)展而來的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成應(yīng)用體系

在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的過程中，要對工作人員所具備的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方面的知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行培訓(xùn)，可以通過多元化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來學(xué)習(xí)和積累與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的知識，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所具備的實(shí)用性將獲得大幅度的提高。現(xiàn)階段，我國與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有關(guān)的工程都較為復(fù)雜，大多數(shù)的工程都具備獨(dú)立性較強(qiáng)的子系統(tǒng)、功能單元及部件等，將原本復(fù)雜的系統(tǒng)分解成多個(gè)簡單的小系統(tǒng)。因此工作人員在遇到復(fù)雜的系統(tǒng)問題時(shí)，可以將復(fù)雜的問題分解成多個(gè)相對獨(dú)立的部件、功能單元或者是子系統(tǒng)，進(jìn)行信息資料的輸出或者是輸入。使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到相關(guān)子系統(tǒng)的特點(diǎn)信息之后，就能夠以此為基礎(chǔ)面對系統(tǒng)復(fù)雜的問題，例如系統(tǒng)中的辨識度問題、同一個(gè)系統(tǒng)中包括多個(gè)子系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)問題等。

在上述想法的基礎(chǔ)上，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識庫進(jìn)行構(gòu)建，并逐漸完善神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成體系的框架。是按照將復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)問題分解成多個(gè)子系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)問題，而不是針對一個(gè)相對較復(fù)雜的問題進(jìn)行的。將復(fù)雜問題分解成多個(gè)子系統(tǒng)，能夠充分體現(xiàn)復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所具備功能，并為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)問題的分類提供便利，不僅可以提高解決問題的工作效率，而且可以積累神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方面的經(jīng)驗(yàn)。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)問題的實(shí)際解決過程中，如果子系統(tǒng)所具備的屬性是對數(shù)據(jù)資料的輸出和輸入是固定的話，就需要子系統(tǒng)記住這些匹配。也可以是將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)中存在的知識庫與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的儀器設(shè)備相匹配，那么在進(jìn)行相關(guān)信息的輸入時(shí)，就可以對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識庫中的連接權(quán)、閾值等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)用，而不進(jìn)行反復(fù)性質(zhì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，這時(shí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所具備的功能就是對函數(shù)進(jìn)行傳遞。如果在子系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識庫中存在與子系統(tǒng)屬性相匹配的網(wǎng)絡(luò)部分，就需要在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識庫中找到與初始值和缺省值相匹配的經(jīng)驗(yàn)值，將其作為基礎(chǔ)就可以對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的子系統(tǒng)的連接權(quán)、閾值等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練；如果神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識庫中不存在與子系統(tǒng)屬性相匹配的網(wǎng)絡(luò)部分，就要對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的樣本進(jìn)行訓(xùn)練，并在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)問題求解的過程中對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法等進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，以求真正與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識庫相融合。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識庫基礎(chǔ)上發(fā)展而來的多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成體系如下圖所示：

圖 在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識庫基礎(chǔ)上發(fā)展而來的多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成體系

2.多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成的方法與流程

從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)資料可以看出，多神經(jīng)的網(wǎng)絡(luò)集成體系中存在多個(gè)子系統(tǒng)且屬于多層并聯(lián)或者串聯(lián)的結(jié)構(gòu)體系。從資料明顯可以看出，子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為簡單，為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算和訓(xùn)練等操作提供了便利。在對復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)問題進(jìn)行分解的過程中，要進(jìn)行反復(fù)的摸索和計(jì)算，以求得到最優(yōu)化的結(jié)果，并把結(jié)果存儲(chǔ)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識庫中，為下一次的操作提供經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中存在多個(gè)層次，可以將位于下一層的輸出當(dāng)做是上一層的輸入使用，位于同一層次的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都可以被上一層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使用，直到到達(dá)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的頂層為止。

二、在BP網(wǎng)絡(luò)集成的基礎(chǔ)上進(jìn)行非線性的研究案例

本文通過復(fù)雜的非線性函數(shù)案例對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的集成方法進(jìn)行驗(yàn)證，以有效證明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成方法所具備的有效性、穩(wěn)定性、可靠性和可行性。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的研究過程中，人們一直都比較注重對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)逼近原理進(jìn)行研究，但是沒有更為明確的說明。

1.非線性函數(shù)逼近原理的舉例描述

通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行函數(shù)的非線性映射的描述，函數(shù)F■（x■，x■）中的x■，x■要符合以下要求：x■，x■∈[-1，1]。函數(shù)表示為：

F■（x■，x■）=sin■∈（πx■）+cos■（πx■）+2sin（πx■）cos（πx■）

在函數(shù)中根據(jù)△x■=△x■=0.05的原則進(jìn)行取點(diǎn)的操作，并對函數(shù)進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出操作的訓(xùn)練，以求得出函數(shù)公式最理想的輸出結(jié)果。

2.函數(shù)問題的解題方法

（1）在函數(shù)公式求解的過程中，需要用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識庫中的逼近原理。

（2）在函數(shù)公式求解的過程中，需要進(jìn)行反復(fù)的摸索和拼湊，以實(shí)現(xiàn)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過BP算法的使用，實(shí)現(xiàn)對函數(shù)公式求解的目的。

（3）在函數(shù)公式的求解過程中，如果使用多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成方法的話，就要對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以為函數(shù)公式的求解提供便利。

F■（x■，x■）=sin■（πx■）+cos■（πx■）+2sin（πx■）cos（πx■）

=（sin（πx■）+cos（πx■））■

根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中可以將復(fù)雜的問題進(jìn)行分解成多個(gè)子系統(tǒng)的原則，將函數(shù)公式分解成以下四個(gè)簡單的函數(shù)問題：

f■（x■）=sin（πx■）

f■（x■）=cos（πx■）

f■（f■，f■）=sin（πx■）+cos（πx■）=f■f■

F■（f■）=f■■

對分解之后的函數(shù)公式進(jìn)行求解，通過BP算法的求解，從而達(dá)到對函數(shù)公式求解的目的。

3.函數(shù)求解過程中所使用的方法對比

在使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行求解的過程中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出較為復(fù)雜的特點(diǎn)，由于缺少經(jīng)驗(yàn)作為基礎(chǔ)，因此只能進(jìn)行多次的嘗試和摸索，比較花費(fèi)人力，浪費(fèi)時(shí)間，得到的結(jié)果還不理想，存在一系列的問題，例如速度慢、規(guī)律復(fù)雜等。本文介紹的案例就進(jìn)行了反復(fù)的嘗試，得到的輸出三維圖與最理想的三維圖之間還存在差異。

把原來較為復(fù)雜的函數(shù)公式分解成多個(gè)簡單的函數(shù)公式之后，在通過多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成方法進(jìn)行求解的過程中，每個(gè)函數(shù)公式都很簡單，在訓(xùn)練的過程中，也不存在大量的拼湊和嘗試，能夠在短時(shí)間內(nèi)就確定函數(shù)公式結(jié)構(gòu)的參數(shù)。將與函數(shù)公式有關(guān)的閾值和訓(xùn)練值等都存儲(chǔ)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識庫中，在遇到同類型的函數(shù)公式求解時(shí)，就可以從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識庫中直接調(diào)用即可，不僅計(jì)算的速度快，輸出結(jié)果的精確度也很高。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成方法找到的函數(shù)公式的輸出三維圖，與最優(yōu)的三維圖之間非常的相似，差異不大，可以忽略不計(jì)。

三、結(jié)語

在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識庫的基礎(chǔ)上使用多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成方法進(jìn)行問題的求解時(shí)，不僅可以大大節(jié)省求解所用的時(shí)間，而且可以大大提高輸出結(jié)果的精確度。可以將復(fù)雜的問題分解成多個(gè)簡單的問題，以提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作效率，對計(jì)算方法進(jìn)行創(chuàng)新和發(fā)展。

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江西省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題，題名：基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高職氣象類學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)評價(jià)模式論證；課題編號：12YB207。