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1、神经网络与MATLAB简介 编者 Outline 1 人工神经网络简介2 神经网络的特点及应用3 神经网络模型4 神经网络的学习方式5 MATLABR2011b集成开发环境6 MATLAB语言基础 1 人工神经网络简介 人工神经网络 ArtificialNeuralNetwork ANN 通常简称为神经网络 是一种在生物神经网络的启示下建立的数据处理模型 主要通过调整神经元之间的权值来对输入的数据进行建模 最终具备解决实际问题 1 人工神经网络简介 单层感知器结构 人工神经网络的可塑性表现于 其连接权值都是可调整的 它将一系列仅具有简单处理能力的节点通过权值相连 当权值调整至恰当时 就能输出正
2、确的结果 网络将知识存储在调整后的各权值中 这一点是神经网络的精髓 2 神经网络的特点及应用 1 自学习和自适应性 给神经网络输入新的训练样本 网络能够自动调整结构参数 改变映射关系2 非线性性 人工神经元处于激活或抑制状态 表现为数学上的非线性关系 3 鲁棒性与容错性 局部的损害会使人工神经网络的运行适度减弱 但不会产生灾难性的错误 4 计算的并行性与存储的分布性 每个神经元都可以根据接收到的信息进行独立运算和处理 人工神经网络具有强大的模式识别和数据拟合能力 2 神经网络的特点及应用 1 模式分类 需要提供已知样本2 聚类 不需要提供已知样本 3 回归与拟合 相似的样本输入在神经网络的映射
3、下 往往能得到相近的输出 4 优化计算 寻找一组参数组合 使由该组合确定的目标函数达到最小值 5 数据压缩 将数据保存于连接权值中 3 神经网络模型 单层网络 单层感知器 线性网络 多层网络 其他网络 前向网络 BP 径向基网络 自组织网络等 反馈网络 Hopfield网络 Elman网络等 本书共介绍了单层感知器 线性网络 BP网络 径向基网络 自组织竞争网络 反馈网络 随机神经网络等神经网络模型 4 神经网络的学习方式 1 有监督学习 有教师学习 训练样本对应一个教师信号 2 无监督学习 无教师学习 网络只接受一系列的输入样本 而对该样本应有的输出值一无所知 1 Hebb学习规则 权值的调
4、整量与输入前一神经元输出值和后一神经元输出值的乘积成正比 2 纠错学习规则 权值的调整量与误差大小成正比 3 随机学习规则 Boltzmann机事实上就是模拟退火算法 4 竞争学习规则 只有一个获胜神经元可以进行权值调整 其他神经元的权值维持不变 体现了神经元之间的侧向抑制 5 MATLABR2011b集成开发环境 1 一年两次更新 上半年的为a 下半年的为b 建议 1 选择大致最新的版本 不要落后太多 2 轻量级的应用 或者电脑配置过低 可以选择经典的MATLAB7 0 5 MATLABR2011b集成开发环境 没有桌面快捷方式 找到bin matlab exe 右键 发送到桌面快捷方式 5
5、 MATLABR2011b集成开发环境 命令窗口 工作空间 命令历史窗口 当前目录窗口 当前路径 5 MATLABR2011b集成开发环境 1 命令窗口 输入命令可以立即获得结果 5 MATLABR2011b集成开发环境 2 工作空间 直接观察变量的值 MATLAB可以直接观察内存 5 MATLABR2011b集成开发环境 3 命令历史窗口 记录执行过的命令 a 按向上箭头 可以查看输入过的命令 免的重复输入 b 输入字母c 再按向上箭头 可以查看以c开头的历史命令 5 MATLABR2011b集成开发环境 4 当前目录窗口 相当于资源管理器 a 可以新建 复制 粘贴 删除文件或文件夹 b 建
6、议按文件类别分组排列 5 MATLABR2011b集成开发环境 5 工具栏 Simulink可视化仿真工具 显示 切换当前目录 GUIDE编写图形界面程序 调用的函数或脚本 1 是MATLAB自带的函数2 位于当前目录3 位于搜索路径下 5 MATLABR2011b集成开发环境 单击MATLAB主窗口右上方的关闭按钮 在主窗口的File菜单中选择ExitMATLAB 使用Ctrl Q快捷键 在命令窗口输入exit或quit命令 双击MATLAB的桌面快捷方式在开始菜单中单击MATLAB命令开始 运行 MATLAB 打开MATLAB 退出MATLAB 5 MATLABR2011b集成开发环境 用
7、户如果需要帮助 可以借助MATLAB完善的联机帮助系统和命令窗口查询帮助系统 doc helpwin helpdesk命令 打开联机帮助系统 其中doc命令最为常用 docfuncName 在联机帮助系统中查询函数funcName的用法 helpfuncName 在命令窗口查询系统中查找funcName的用法 系统将结果显示在命令窗口中 lookforfuncName 查找关键字包含funcName的函数 结果显示在命令窗口中 如果用户想观看演示 可以通过以下方式打开演示系统 在联机帮助窗口菜单中选择 MATLAB Demos 在主窗口Help菜单下选择Demos命令 在命令窗口中输入demo
8、 5 MATLABR2011b集成开发环境 调用的函数或脚本 1 是MATLAB自带的函数2 位于当前目录3 位于搜索路径下 5 MATLABR2011b集成开发环境 修改搜索路径还有第二种方法 使用path path d 或addpath d 命令 但这样的路径不会被MATLAB保存 当函数返回后 或者MATLAB下次启动时 该路径不会被保存 添加目录及其子目录 5 MATLABR2011b集成开发环境 1 检查该命令是不是一个变量 2 检查该命令是不是一个预定义函数 3 检查该命令是不是当前目录下的M文件 4 检查该命令是不是MATLAB搜索路径中其他路径下的M文件 sin 1 sin 1
9、 sin sin 1 clearsin sin 1 变量优先于预定义函数 5 MATLABR2011b集成开发环境 搜索路径下的脚本 sin ma 1 10 定义变量a 并直接在命令行显示出来输入命令 sin sin 3 5 MATLABR2011b集成开发环境 当前目录下的脚本 E MATLAB R2011b sin1 mb 1 2 3 4 输入命令 a 1 10 sin1 a sin1 6 MATLAB语言基础 标识符应由字母 数字和下划线组成 且必须以字母开头 在MATLABR2011b中 标识符长度不超过63个字符 超过部分将被忽略 MATLAB的标识符大小写敏感 因此Book与boo
10、k可以定义为两个不同的变量 标识符不得使用MATLAB语法中的关键字 a 1 5 行向量 b 0 1 2 3 4 5 2 3矩阵 c b 2 取b的第2列 s input 请输入一行字符串 s s 6 MATLAB语言基础 6 MATLAB语言基础 pi 4 将pi赋值为4 覆盖圆周率的值 2 pi 2 用新的值参与计算 clearpi pi 覆盖 6 MATLAB语言基础 a 1 2 3 4 5 6 a 123456 a 1 2 ans 2 a 3 ans 2 mask 0 1 0 0 0 0 mask 010000 a logical mask ans 2 双下标 单下标 逻辑引用 a 1
11、 ans 123 a 2 2 end ans 56 冒号和end 6 MATLAB语言基础 C C int unsignedint short unsignedshort long unsignedlong C C double C C float C C 结构体 C C 字符或字符串 C C bool型 C C 函数指针 6 MATLAB语言基础 a uint8 9 b int16 8 a b 无法直接运算 b uint8 8 b改为无符号一个字节整数 a b 此时可以运算 除法运算只保留整数部分 a realmax double b realmax single a realmin dou
12、ble b realmin single class pi class 2 整数 浮点数 6 MATLAB语言基础 6 MATLAB语言基础 book name MATLAB book price 20 book pubtime 2011 book book2 struct name Matlab price 20 pubtime 2011 book2 whos fori 1 10 books i name strcat book num2str i books i price 20 i books i pubtime 2011 end books books 1 price books pr
13、ice 结构体 6 MATLAB语言基础 a 1 2 3 b zeros 2 2 uint8 9 Matlab 0 2 2细胞数组 c b 3 c b 3 c是一个小一些的细胞数组 class c d b 3 d b 3 d为uint8型整数 class d A cell 2 3 用cell函数创建空的细胞数组 A 1 zeros 2 2 A 2 abc A 3 uint8 9 A 细胞数组 6 MATLAB语言基础 x 1 2 3 4 向量x ha sum 直接声明ha为sum函数的句柄 hb str2func sum 用str2func声明hb为sum函数的句柄 functions ha
14、函数句柄ha包含的信息 functions hb 函数句柄hb包含的信息 sum x 使用sum求和 ha x 使用ha代替sum hb x 使用hb代替sum feval sum x 不使用函数句柄 使用feval hc Newton functions hc hd x y x 2 y 2 定义匿名函数句柄 functions hd 函数句柄包含的信息 函数句柄 6 MATLAB语言基础 6 MATLAB语言基础 a 1 2 3 4 a 1234 b 1 1 1 1 b 1111 a bans 3377 a bans 1234 矩阵乘法 对应元素相乘 A B A B A B可以是向量或矩阵A
15、 B A B A B为logical型的标量 C C MATLAB 2 3ans 1 5000 a 1 2 3 4 a 1234 b 2 5 a bans 1 00000 5000 3除以2 MATLAB中求线性方程组最快的方法 6 MATLAB语言基础 命令窗口一次只能执行一条命令 大型程序采用M脚本或M函数的形式运行 下面是一个M脚本的代码 它对一组数据作线性回归 并绘图 6 MATLAB语言基础 M文件编辑器常用技巧 1 按F5或按钮运行整个脚本 2 选中一段代码 按F9 可以执行选中的代码 3 按Ctrl R 在一行的开头添加注释符号 4 按Ctrl T 去掉该行开头的注释符号 5 选
16、中代码 按Ctrl I 自动整理代码 智能缩进 另 注释 可以将代码分为不同的cell 便于区分不同的功能块 在某一个cell内 按Ctrl Enter 可运行该cell内的代码 6 MATLAB语言基础 脚本与函数的其中一个区别是 1 脚本可以使用工作空间的变量 脚本产生的变量也在工作空间中 因此便于观察变量的值 2 函数则有自己独立的工作空间 我们只能得到返回值 而看不见中间的变量 因此 如果不希望脚本受工作空间原有变量的影响 应在脚本的开头清除工作空间 6 MATLAB语言基础 functiony0 Lagrange x y x0 Lagrange一维插值 input x给定的横坐标节点值 y与x对应的纵坐标值 x0待插值的位置 可以是任意形状的数组 output y0 x0处的函数值 是与x0同型的数组 约束 x与y形状相同 x不包含重复的值x x y y 容错处理N length x ifN length y error x与y不同型 end 文件名必须是Lagrange m 谢谢大家
