基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大學(xué)生體質(zhì)健康影響因素研究

◎王泓淏 譚輝煌

體質(zhì)健康包括心理發(fā)展、生理健康、社會(huì)適應(yīng)性等，體質(zhì)健康具有后天可塑性，因?yàn)閮?nèi)外環(huán)境始終會(huì)影響人類的生存與發(fā)展。不同的體育鍛煉水平、物質(zhì)生活條件，體質(zhì)健康狀態(tài)也會(huì)存在差異性。健康的體魄是大學(xué)生全面發(fā)展的必備基礎(chǔ)。隨著時(shí)代不斷變化，大學(xué)生的生活方式也發(fā)生變化，總體上，影響大學(xué)生體質(zhì)健康的因素比較復(fù)雜，并且相互作用。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的函數(shù)映射能力，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，分析大學(xué)生體質(zhì)健康影響因素，為提升大學(xué)生體質(zhì)健康提供理論依據(jù)。

一、研究對(duì)象與方法

（一）研究對(duì)象

選取高校大學(xué)生600名，男生女生各有300名。體質(zhì)健康測(cè)試指標(biāo)包括800m跑（女）、1000m 跑（男）、仰臥起坐（女）、引體向上（男）、腹部皮脂厚度、肩胛部皮脂厚度、舒張壓、收縮壓、肺活量、坐位體前屈、握力、上臂部皮脂厚度、立定跳遠(yuǎn)、臀圍、脈搏、50m 跑、腰圍、胸圍、坐高、體重、身高。

（二）研究方法

前饋型人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，輸入與輸出間的映射關(guān)系定義，應(yīng)用誤差反向傳播算（BP 算法）。BP 學(xué)習(xí)算法對(duì)各層神經(jīng)元的連接權(quán)值進(jìn)行修改，通過(guò)反復(fù)迭代的方式。連接權(quán)值輸出誤差信號(hào)最小時(shí)，可以映射輸入與輸出的函數(shù)關(guān)系。多層前饋網(wǎng)絡(luò)可以逼近任何一個(gè)連續(xù)函數(shù)。得到一個(gè)訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。BP 學(xué)習(xí)算法存在一些缺點(diǎn)，估計(jì)最優(yōu)單元數(shù)，利用試驗(yàn)和誤差方法。尚無(wú)理論指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)隱結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的選取。為保證收斂，阻止振蕩，學(xué)習(xí)速率必須保持很小。由此學(xué)習(xí)過(guò)程會(huì)減慢。學(xué)習(xí)效率高，學(xué)習(xí)過(guò)程會(huì)不穩(wěn)定。為提高收斂速率，需要增加一個(gè)動(dòng)量項(xiàng)。

二、結(jié)果與分析

（一）建模

使用樣本數(shù)據(jù)建模，測(cè)試訓(xùn)練誤差用110 組測(cè)試數(shù)據(jù)。檢驗(yàn)?zāi)Ｐ途扔?10 組數(shù)據(jù)。訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)用剩下380 組數(shù)據(jù)。訓(xùn)練完后，對(duì)連接權(quán)值進(jìn)行修正，測(cè)試絕對(duì)誤差。開(kāi)始時(shí)，隨著訓(xùn)練的進(jìn)行，絕對(duì)誤差逐漸下降。直到絕對(duì)誤差不再下降。如果不是最小的絕對(duì)誤差，應(yīng)再增加20萬(wàn)次訓(xùn)練次數(shù)，避免局部極小。根據(jù)三種激活函數(shù)，對(duì)ward 網(wǎng)絡(luò)隱結(jié)點(diǎn)分組，用三層網(wǎng)訓(xùn)練模型，結(jié)果如表1。如果不考慮動(dòng)量項(xiàng)、學(xué)習(xí)速率的影響，網(wǎng)絡(luò)性能較好的是30，以及13—13—13。可以選取ward網(wǎng)絡(luò)模型，精度更高，平均絕對(duì)誤差為0.913，擬合度0.986，相對(duì)誤差全部低于5%。

表1 三層網(wǎng)絡(luò)模型的精度和誤差

結(jié)果顯示，網(wǎng)絡(luò)性能較好時(shí)，動(dòng)量項(xiàng)取0.7，學(xué)習(xí)速率取0.9。模型擬合度為0.987，平均相對(duì)誤差為l%，平均絕對(duì)誤差為0.803，相對(duì)誤差在1%以內(nèi)比率為53.7%，相對(duì)誤差在1%—2%的比率為35.6%，相對(duì)誤差在2%—5%的比率為10.7%，相對(duì)誤差在5%—10%為0。建立各指標(biāo)與體質(zhì)健康的多元回歸模型，經(jīng)方差分析，P=0.000，F(xiàn)=914.257。標(biāo)準(zhǔn)誤差為2.152，擬合度為0.924。經(jīng)t 檢驗(yàn)，各自變量全部顯著有效，模型顯著性高。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能夠映射出各指標(biāo)與學(xué)生體質(zhì)健康的函數(shù)關(guān)系。

（二）結(jié)果

考察單個(gè)指標(biāo)與大學(xué)生體質(zhì)健康的關(guān)系。影響大學(xué)生體質(zhì)健康的因素主要包括身體素質(zhì)、形態(tài)發(fā)育、生理機(jī)能、柔韌耐力。其中身體素質(zhì)的相關(guān)性最高，包括肺活量、引體向上/仰臥起坐、握力、立定跳遠(yuǎn)、50 米跑、坐高、身高。其次相關(guān)性較高的是形態(tài)發(fā)育，包括上臂部皮脂厚度、腹部皮質(zhì)厚度、肩胛部皮脂厚度、臀圍、腰圍、胸圍。然后是生理機(jī)能，包括舒張壓、收縮壓、脈搏。最后為柔韌耐力，包括耐力跑、坐位體前屈。

三、結(jié)語(yǔ)

本文研究顯示，大學(xué)生體質(zhì)健康的影響因素，相關(guān)性從高到低是身體素質(zhì)、形態(tài)發(fā)育、生理機(jī)能、柔韌耐力，教師和學(xué)生可以根據(jù)影響情況，合理組織相關(guān)訓(xùn)練。