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1、第三章 神经网络,山东大学控制科学与工程学院,提要：,第一讲 神经网络基础 第二讲 前向神经网络 第三讲 反馈神经网络 第四讲 随机神经网络,第一讲 神经网络基础,大脑是由生物神经元构成的巨型网络，它在本质上不同于计算机，是一种大规模的并行处理系统，它具有学习、联想记忆、综合等能力，并有巧妙的信息处理方法。 人工神经网络(简称神经网络)也是由大量的、功能比较简单的形式神经元互相连接而构成的复杂网络系统，用它可以模拟大脑的许多基本功能和简单的思维方式。,第一讲 神经网络基础,人工神经网络（Artificial Neural Networks,简记作ANN），是对人类大脑系统的一阶特性的一种描述。
2、简单的讲，它是一个数学模型，可以用电子线路来实现，也可以用计算机程序来模拟，是人工智能研究的一种方法。 神经网络主要用于非线性系统的辨识建模、非线性过程的预测、神经网络控制及故障诊断等。美国军方认为，神经网络技术是比原子弹工程更重要的技术。,第一讲 神经网络基础,一神经网络定义：基于模仿生物大脑的结构或功能构成的信息处理系统或计算机。 80年代美国的H.Nidsen定义：神经网络是由多个非常简单的处理单元（神经元）彼此以某种方式相联接而形成的计算机系统。该系统是靠其状态对外部输入信息的动态响应来处理信息的。,第一讲 神经网络基础,二 生物神经元的结构和动作原理以及功能 1.生物神经元的结构 人
3、脑大约由1012个神经元组成，神经元互相连接成神经网络。 生物神经元是大脑处理信息的基本单元，以细胞体为主体，由许多向周围延伸的不规则树枝状纤维构成的神经细胞，其形状很像一棵枯树的枝干。它主要由细胞体、树突、轴突和突触(Synapse，又称神经键)组成。,图1-1a 神经元的解剖,图1-1b 神经元的解剖,第一讲 神经网络基础,细胞体：细胞体是由很多分子形成的综合体,内部含有一个细胞核、核糖体、原生质网状结构等,它是神经元活动的能量供应地,在这里进行新陈代谢等各种生化过程。包括细胞核，细胞膜和细胞质。 轴突：细胞体突起的最长的外伸管状纤维称为轴突，轴突是把神经元兴奋的信息传出到其它神经元的出口
4、。 树突：细胞体的伸延部分产生的一至多个突起，呈放射状的分枝称为树突,它是细胞体向外伸出的许多较短的树状分支,相当于细胞的输入。树突具有接受刺激并将冲动传入细胞体的功能，树突与其树突末梢是接受从其它神经元传入的信息的入口。每个神经元有大约10000个树突连接。,第一讲 神经网络基础,突触：突触是神经元的树突末梢连接另一神经元的突触后膜 (postsynaptic membrane)的部分。它是神经元之间相联系并进行信息传送的结构,是神经元之间连接的接口。两个神经元的细胞质并不直接连通,两者彼此联系是通过突触这种结构接口的。 膜电位：神经元细胞膜内外之间存在电位差，称为膜电位。膜外为正，膜内为负
5、。膜电压接受神经其它神经元的输入后,电位上升或下降。当传入冲动的时空整合结果，使膜电位上升，而且当超过叫做动作电位的阈值时,细胞进入兴奋状态，产生神经冲动，由轴突输出，这个过程称为兴奋。,第一讲 神经网络基础,2 突触传递信息动作原理 兴奋期, 大于动作阈值 绝对不应期：不响应任何刺激 相对不应期：很难相应 根据突触传递信息的动作过 程可以分为两种类型：兴奋型 和抑制型。神经冲动使得细胞 膜电压升高超过动作电压进入 兴奋状态产生神经冲动，若使膜电压下降，低于阈值细胞膜进入抑制状态，无神经冲动输出。,t (ms),动作阈值,图1-2 生物神经元动作原理,第一讲 神经网络基础,第j路输入信号， 从第j路与第i个神经元的连接权， 第i个神经元的阈值， 第i个神经元的输出。,三 神经元的数学模型,图1-3 神经元数学模型,第一讲 神经网络基础,数学模型MP模型：1943年由美国心理学家Mcloch和数学家Pitts提出的。 其中常用的有阈值型，sgnx为符号函数。,式中涉及的符 号如1-3图所示。,第一讲 神经网络基础,四 人工神经元与生物神经元区别 （1）模型传递的是模拟信号，生物输入输出均 为电脉冲 （2）没有考虑其不应期，时滞，疲劳现象。 （3）只考虑空间叠加性，没有考虑时间迭加。,
