BP神经网络完成预测

1. BP神经网络完成预测

下面是几个仿真实验，用了不同的训练函数：
1.创建BP网络的学习函数，训练函数和性能函数都采用default值，分别为learngdm,trainlm和mse时的逼近结果：
由此可见，进过200次训练后，虽然网络的性能还没有为0，但是输出均方误差已经很小了，MSE=6.72804e-0.06,显示的结果也证明P和T之间非线性映射关系的拟合是非常精确的；
2.建立一个学习函数为learnd，训练函数为traingd,和性能函数为msereg的BP网络，来完成拟合任务:
可见，经过200次训练后，网络的输出误差比较大，而且网络误差的收敛速度非常慢。这是由于训练函数traingd为单纯的梯度下降训练函数，训练速度比较慢，而且容易陷入局部最小的情况。结果显示网络精度确实比较差。
3.将训练函数修改为traingdx，该i函数也是梯度下降法训练函数，但是在训练过程中，他的学习速率是可变的
在200次训练后，以msereg函数评价的网络性能为1.04725，已经不是很大,结果显示P和T之间非线性关系的拟合情况不错，网络的性能不错。

2. 如何建立bp神经网络预测 模型

建立BP神经网络预测 模型，可按下列步骤进行：
1、提供原始数据
2、训练数据预测数据提取及归一化
3、BP网络训练
4、BP网络预测
5、结果分析
现用一个实际的例子，来预测2015年和2016年某地区的人口数。
已知2009年——2014年某地区人口数分别为3583、4150、5062、4628、5270、5340万人
执行BP_main程序，得到
[ 2015,  5128.631704710423946380615234375]
[ 2016, 5100.5797325642779469490051269531]
代码及图形如下。

3. bp神经网络预测代码

在matlab中，样本是以列的方式排列的，即一列对应一个样本。如果你的样本无误的话，就是一个输入8输出2的神经网络。作图直接用plot函数。
参考附件的代码，这是一个电力负荷预测例子，也是matlab编程。

BP（Back Propagation）神经网络是是一种按误差逆传播算法训练的多层前馈网络，是目前应用最广泛的神经网络模型之一。BP网络能学习和存贮大量的输入-输出模式映射关系，而无需事前揭示描述这种映射关系的数学方程。它的学习规则是使用最速下降法，通过反向传播来不断调整网络的权值和阈值，使网络的误差平方和最小。BP神经网络模型拓扑结构包括输入层（input）、隐层(hidden layer)和输出层(output layer)。

4. bp神经网络怎么实现的预测，只会拟合

神经系统（nervous system）是机体内起主导作用的系统，分为中枢神经系统和周围神经系统两大部分。
神经系统是人体内起主导作用的功能调节系统。人体的结构与功能均极为复杂，体内各器官、系统的功能和各种生理过程都不是各自孤立地进行，而是在神经系统的直接或间接调节控制下，互相联系、相互影响、密切配合，使人体成为一个完整统一的有机体，实现和维持正常的生命活动。同时，人体又是生活在经常变化的环境中，神经系统能感受到外部环境的变化对体内各种功能不断进行迅速而完善的调整，使人体适应体内外环境的变化。可见，神经系统在人体生命活动中起着主导的调节作用，人类的神经系统高度发展，特别是大脑皮层不仅进化成为调节控制的最高中枢，而且进化成为能进行思维活动的器官。因此，人类不但能适应环境，还能认识和改造世界。
神经系统由中枢部分及其外周部分所组成。中枢部分包括脑和脊髓，分别位于颅腔和椎管内，两者在结构和功能上紧密联系，组成中枢神经系统。外周部分包括12对脑神经和31对脊神经，它们组成外周神经系统。外周神经分布于全身，把脑和脊髓与全身其他器官联系起来，使中枢神经系统既能感受内外环境的变化（通过传入神经传输感觉信息），又能调节体内各种功能（通过传出神经传达调节指令），以保证人体的完整统一及其对环境的适应。神经系统的基本结构和功能单位是神经元（神经细胞），而神经元的活动和信息在神经系统中的传输则表现为一定的生物电变化及其传播。例如，外周神经中的传入神经纤维把感觉信息传入中枢，传出神经纤维把中枢发出的指令信息传给效应器，都是以神经冲动的形式传送的，而神经冲动就是一种称为动作电位的生物电变化，是神经兴奋的标志。
中枢神经通过周围神经与人体其他各个器官、系统发生极其广泛复杂的联系。神经系统在维持机体内环境稳定，保持机体完整统一性及其与外环境的协调平衡中起着主导作用。在社会劳动中，人类的大脑皮层得到了高速发展和不断完善，产生了语言、思维、学习、记忆等高级功能活动，使人不仅能适应环境的变化，而且能认识和主动改造环境。内、外环境的各种信息，由感受器接受后，通过周围神经传递到脑和脊髓的各级中枢进行整合，再经周围神经控制和调节机体各系统器官的活动，以维持机体与内、外界环境的相对平衡。神经系统是由神经细胞（神经元）和神经胶质所组成。
中枢神经通过周围神经与人体其他各个器官、系统发生极其广泛复杂的联系。神经系统在维持机体内环境稳定，保持机体完整统一性及其与外环境的协调平衡中起着主导作用。在社会劳动中，人类的大脑皮层得到了高速发展和不断完善，产生了语言、思维、学习、记忆等高级功能活动，使人不仅能适应环境的变化，而且能认识和主动改造环境。内、外环境的各种信息，由感受器接受后，通过周围神经传递到脑和脊髓的各级中枢进行整合，再经周围神经控制和调节机体各系统器官的活动，以维持机体与内、外界环境的相对平衡。神经系统是由神经细胞（神经元）和神经胶质所组成。
 中枢神经系统central nervous system包括位于颅腔内的脑和位于椎管内的脊髓。
脑brain是中枢神经系统的头端膨大部分，位于颅腔内。人脑可分为端脑、间脑、中脑、脑桥、小脑和延髓六个部分。通常把中脑、脑桥和延髓合称为脑干，延髓向下经枕骨大孔连接脊髓。脑的内腔称为腔室，内含脑脊髓液。端脑包括左、右大脑半球。每个半球表层为灰质所覆叫大脑皮质。人类的大脑皮质在长期的进化过程中高度发展，它不仅是人类各种机能活动的高级中枢，也是人类思维和意识活动的物质基础。
脊髓spinal cord呈前后扁的圆柱体，位于椎管内，上端在平齐枕骨大孔处与延髓相续，下端终于第1腰椎下缘水平。脊髓前、后面的两侧发出许多条细的神经纤维束，叫做根丝。一定范围的根丝向外方集中成束，形成脊神经的前根和后根。前、后根在椎间孔处合并形成脊神经。脊髓以每对脊神经根根丝的出入范围为准，划分为31个节段，即颈髓8节（C1-8），胸髓12节（T1-12），腰髓5节（L1-5），骶髓（S1-5），尾髓1节（Co1）。
周围神经系统peripheral nervous system联络于中枢神经和其它各系统器官之间，包括与脑相连的12对脑神经cranial nerves和与脊髓相连的31对脊神经spinal nerves。按其所支配的周围器官的性质可分为分布于体表和骨骼肌的躯体神经系和分布于内脏、心血管和腺体的内脏神经系。
希望我能帮助你解疑释惑。

5. BP神经网络

我不是大神。但可以给给意见。

1，遗传算法不能改变BP神经网络准确率低的本质问题的。只能在一定程度上优化BP神经网络。
2，你的数据是怎么增加的？由原来的80组数据基础上随意组合的？还有你的输出结果是3个等级。期望输出是什么类型？预测输出是什么类型？你判断正确率的标准是什么？这些都会对正确率有影响。
3，BP神经网络的正确率的提高可以通过：一，改变隐层的节点数。或增减隐层的层数。最少一个隐层，最多2个。二，改变传递函数，一般隐层用tansig，输出层用linear或者tansig。
4，最后的方法是不怎么重要的，就是数据的归一化，一般是归一化或不归一化都可以的，都试试。
我都是书本学过，做过点题目，只能给这些建议。

6. 神经网络BP模型

一、BP模型概述
误差逆传播(Error Back-Propagation)神经网络模型简称为BP(Back-Propagation)网络模型。
Pall Werbas博士于1974年在他的博士论文中提出了误差逆传播学习算法。完整提出并被广泛接受误差逆传播学习算法的是以Rumelhart和McCelland为首的科学家小组。他们在1986年出版“Parallel Distributed Processing，Explorations in the Microstructure of Cognition”(《并行分布信息处理》)一书中，对误差逆传播学习算法进行了详尽的分析与介绍，并对这一算法的潜在能力进行了深入探讨。
BP网络是一种具有3层或3层以上的阶层型神经网络。上、下层之间各神经元实现全连接，即下层的每一个神经元与上层的每一个神经元都实现权连接，而每一层各神经元之间无连接。网络按有教师示教的方式进行学习，当一对学习模式提供给网络后，神经元的激活值从输入层经各隐含层向输出层传播，在输出层的各神经元获得网络的输入响应。在这之后，按减小期望输出与实际输出的误差的方向，从输入层经各隐含层逐层修正各连接权，最后回到输入层，故得名“误差逆传播学习算法”。随着这种误差逆传播修正的不断进行，网络对输入模式响应的正确率也不断提高。
BP网络主要应用于以下几个方面：
1)函数逼近：用输入模式与相应的期望输出模式学习一个网络逼近一个函数；
2)模式识别：用一个特定的期望输出模式将它与输入模式联系起来；
3)分类：把输入模式以所定义的合适方式进行分类；
4)数据压缩：减少输出矢量的维数以便于传输或存储。
在人工神经网络的实际应用中，80%～90%的人工神经网络模型采用BP网络或它的变化形式，它也是前向网络的核心部分，体现了人工神经网络最精华的部分。
二、BP模型原理
下面以三层BP网络为例，说明学习和应用的原理。
1.数据定义
P对学习模式(xp，dp)，p=1，2，…，P；
输入模式矩阵X[N][P]=(x1，x2，…，xP)；
目标模式矩阵d[M][P]=(d1，d2，…，dP)。
三层BP网络结构
输入层神经元节点数S0=N，i=1，2，…，S0；
隐含层神经元节点数S1，j=1，2，…，S1；
神经元激活函数f1[S1]；
权值矩阵W1[S1][S0]；
偏差向量b1[S1]。
输出层神经元节点数S2=M，k=1，2，…，S2；
神经元激活函数f2[S2]；
权值矩阵W2[S2][S1]；
偏差向量b2[S2]。
学习参数
目标误差ϵ；
初始权更新值Δ0；
最大权更新值Δmax；
权更新值增大倍数η+；
权更新值减小倍数η-。
2.误差函数定义
对第p个输入模式的误差的计算公式为

中国矿产资源评价新技术与评价新模型

y2kp为BP网的计算输出。
3.BP网络学习公式推导
BP网络学习公式推导的指导思想是，对网络的权值W、偏差b修正，使误差函数沿负梯度方向下降，直到网络输出误差精度达到目标精度要求，学习结束。
各层输出计算公式
输入层
y0i=xi，i=1，2，…，S0；
隐含层

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y1j=f1(z1j)，
j=1，2，…，S1；
输出层

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y2k=f2(z2k)，
k=1，2，…，S2。
输出节点的误差公式

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对输出层节点的梯度公式推导

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E是多个y2m的函数，但只有一个y2k与wkj有关，各y2m间相互独立。
其中

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则

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设输出层节点误差为
δ2k=(dk-y2k)·f2′(z2k)，
则

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同理可得

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对隐含层节点的梯度公式推导

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E是多个y2k的函数，针对某一个w1ji，对应一个y1j，它与所有的y2k有关。因此，上式只存在对k的求和，其中

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则

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设隐含层节点误差为

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则

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同理可得

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4.采用弹性BP算法(RPROP)计算权值W、偏差b的修正值ΔW，Δb
1993年德国 Martin Riedmiller和Heinrich Braun 在他们的论文“A Direct Adaptive Method for Faster Backpropagation Learning：The RPROP Algorithm”中，提出Resilient Backpropagation算法——弹性BP算法(RPROP)。这种方法试图消除梯度的大小对权步的有害影响，因此，只有梯度的符号被认为表示权更新的方向。
权改变的大小仅仅由权专门的“更新值”  确定

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其中  表示在模式集的所有模式(批学习)上求和的梯度信息，(t)表示t时刻或第t次学习。
权更新遵循规则：如果导数是正(增加误差)，这个权由它的更新值减少。如果导数是负，更新值增加。

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RPROP算法是根据局部梯度信息实现权步的直接修改。对于每个权，我们引入它的
各自的更新值  ，它独自确定权更新值的大小。这是基于符号相关的自适应过程，它基
于在误差函数E上的局部梯度信息，按照以下的学习规则更新

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其中0＜η-＜1＜η+。
在每个时刻，如果目标函数的梯度改变它的符号，它表示最后的更新太大，更新值  应由权更新值减小倍数因子η-得到减少；如果目标函数的梯度保持它的符号，更新值应由权更新值增大倍数因子η+得到增大。
为了减少自由地可调参数的数目，增大倍数因子η+和减小倍数因子η–被设置到固定值
η+=1.2，
η-=0.5，
这两个值在大量的实践中得到了很好的效果。
RPROP算法采用了两个参数：初始权更新值Δ0和最大权更新值Δmax
当学习开始时，所有的更新值被设置为初始值Δ0，因为它直接确定了前面权步的大小，它应该按照权自身的初值进行选择，例如，Δ0=0.1(默认设置)。
为了使权不至于变得太大，设置最大权更新值限制Δmax，默认上界设置为
Δmax=50.0。
在很多实验中，发现通过设置最大权更新值Δmax到相当小的值，例如
Δmax=1.0。
我们可能达到误差减小的平滑性能。
5.计算修正权值W、偏差b
第t次学习，权值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为学习次数。
6.BP网络学习成功结束条件每次学习累积误差平方和

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每次学习平均误差

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当平均误差MSE＜ε，BP网络学习成功结束。
7.BP网络应用预测
在应用BP网络时，提供网络输入给输入层，应用给定的BP网络及BP网络学习得到的权值W、偏差b，网络输入经过从输入层经各隐含层向输出层的“顺传播”过程，计算出BP网的预测输出。
8.神经元激活函数f
线性函数
f(x)=x，
f′(x)=1，
f(x)的输入范围(-∞，+∞)，输出范围(-∞，+∞)。
一般用于输出层，可使网络输出任何值。
S型函数S(x)

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f(x)的输入范围(-∞，+∞)，输出范围(0，1)。
f′(x)=f(x)[1-f(x)]，
f′(x)的输入范围(-∞，+∞)，输出范围(0，  ]。
一般用于隐含层，可使范围(-∞，+∞)的输入，变成(0，1)的网络输出，对较大的输入，放大系数较小；而对较小的输入，放大系数较大，所以可用来处理和逼近非线性的输入/输出关系。
在用于模式识别时，可用于输出层，产生逼近于0或1的二值输出。
双曲正切S型函数

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f(x)的输入范围(-∞，+∞)，输出范围(-1，1)。
f′(x)=1-f(x)·f(x)，
f′(x)的输入范围(-∞，+∞)，输出范围(0，1]。
一般用于隐含层，可使范围(-∞，+∞)的输入，变成(-1，1)的网络输出，对较大的输入，放大系数较小；而对较小的输入，放大系数较大，所以可用来处理和逼近非线性的输入/输出关系。
阶梯函数
类型1

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f(x)的输入范围(-∞，+∞)，输出范围{0，1}。
f′(x)=0。
类型2

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f(x)的输入范围(-∞，+∞)，输出范围{-1，1}。
f′(x)=0。
斜坡函数
类型1

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f(x)的输入范围(-∞，+∞)，输出范围[0，1]。

中国矿产资源评价新技术与评价新模型

f′(x)的输入范围(-∞，+∞)，输出范围{0，1}。
类型2

中国矿产资源评价新技术与评价新模型

f(x)的输入范围(-∞，+∞)，输出范围[-1，1]。

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f′(x)的输入范围(-∞，+∞)，输出范围{0，1}。
三、总体算法
1.三层BP网络(含输入层，隐含层，输出层)权值W、偏差b初始化总体算法
(1)输入参数X[N][P]，S0，S1，f1[S1]，S2，f2[S2]；
(2)计算输入模式X[N][P]各个变量的最大值，最小值矩阵 Xmax[N]，Xmin[N]；
(3)隐含层的权值W1，偏差b1初始化。
情形1：隐含层激活函数f( )都是双曲正切S型函数
1)计算输入模式X[N][P]的每个变量的范围向量Xrng[N]；
2)计算输入模式X的每个变量的范围均值向量Xmid[N]；
3)计算W，b的幅度因子Wmag；
4)产生[-1，1]之间均匀分布的S0×1维随机数矩阵Rand[S1]；
5)产生均值为0，方差为1的正态分布的S1×S0维随机数矩阵Randnr[S1][S0]，随机数范围大致在[-1，1]；
6)计算W[S1][S0]，b[S1]；
7)计算隐含层的初始化权值W1[S1][S0]；
8)计算隐含层的初始化偏差b1[S1]；
9))输出W1[S1][S0]，b1[S1]。
情形2：隐含层激活函数f( )都是S型函数
1)计算输入模式X[N][P]的每个变量的范围向量Xrng[N]；
2)计算输入模式X的每个变量的范围均值向量Xmid[N]；
3)计算W，b的幅度因子Wmag；
4)产生[-1，1]之间均匀分布的S0×1维随机数矩阵Rand[S1]；
5)产生均值为0，方差为1的正态分布的S1×S0维随机数矩阵Randnr[S1][S0]，随机数范围大致在[-1，1]；
6)计算W[S1][S0]，b[S1]；
7)计算隐含层的初始化权值W1[S1][S0]；
8)计算隐含层的初始化偏差b1[S1]；
9)输出W1[S1][S0]，b1[S1]。
情形3：隐含层激活函数f( )为其他函数的情形
1)计算输入模式X[N][P]的每个变量的范围向量Xrng[N]；
2)计算输入模式X的每个变量的范围均值向量Xmid[N]；
3)计算W，b的幅度因子Wmag；
4)产生[-1，1]之间均匀分布的S0×1维随机数矩阵Rand[S1]；
5)产生均值为0，方差为1的正态分布的S1×S0维随机数矩阵Randnr[S1][S0]，随机数范围大致在[-1，1]；
6)计算W[S1][S0]，b[S1]；
7)计算隐含层的初始化权值W1[S1][S0]；
8)计算隐含层的初始化偏差b1[S1]；
9)输出W1[S1][S0]，b1[S1]。
(4)输出层的权值W2，偏差b2初始化
1)产生[-1，1]之间均匀分布的S2×S1维随机数矩阵W2[S2][S1]；
2)产生[-1，1]之间均匀分布的S2×1维随机数矩阵b2[S2]；
3)输出W2[S2][S1]，b2[S2]。
2.应用弹性BP算法(RPROP)学习三层BP网络(含输入层，隐含层，输出层)权值W、偏差b总体算法
函数：Train3BP_RPROP(S0，X，P，S1，W1，b1，f1，S2，W2，b2，f2，d，TP)
(1)输入参数
P对模式(xp，dp)，p=1，2，…，P；
三层BP网络结构；
学习参数。
(2)学习初始化
1)  ；
2)各层W，b的梯度值  ，  初始化为零矩阵。
(3)由输入模式X求第一次学习各层输出y0，y1，y2及第一次学习平均误差MSE
(4)进入学习循环
epoch=1
(5)判断每次学习误差是否达到目标误差要求
如果MSE＜ϵ，
则，跳出epoch循环，
转到(12)。
(6)保存第epoch-1次学习产生的各层W，b的梯度值  ， 
(7)求第epoch次学习各层W，b的梯度值  ， 
1)求各层误差反向传播值δ；
2)求第p次各层W，b的梯度值  ，  ；
3)求p=1，2，…，P次模式产生的W，b的梯度值  ，  的累加。
(8)如果epoch=1，则将第epoch-1次学习的各层W，b的梯度值  ，  设为第epoch次学习产生的各层W，b的梯度值  ，  。
(9)求各层W，b的更新
1)求权更新值Δij更新；
2)求W，b的权更新值  ，  ；
3)求第epoch次学习修正后的各层W，b。
(10)用修正后各层W、b，由X求第epoch次学习各层输出y0，y1，y2及第epoch次学习误差MSE
(11)epoch=epoch+1，
如果epoch≤MAX_EPOCH，转到(5)；
否则，转到(12)。
(12)输出处理
1)如果MSE＜ε，
则学习达到目标误差要求，输出W1，b1，W2，b2。
2)如果MSE≥ε，
则学习没有达到目标误差要求，再次学习。
(13)结束
3.三层BP网络(含输入层，隐含层，输出层)预测总体算法
首先应用Train3lBP_RPROP( )学习三层BP网络(含输入层，隐含层，输出层)权值W、偏差b，然后应用三层BP网络(含输入层，隐含层，输出层)预测。
函数：Simu3lBP( )。
1)输入参数：
P个需预测的输入数据向量xp，p=1，2，…，P；
三层BP网络结构；
学习得到的各层权值W、偏差b。
2)计算P个需预测的输入数据向量xp(p=1，2，…，P)的网络输出 y2[S2][P]，输出预测结果y2[S2][P]。
四、总体算法流程图
BP网络总体算法流程图见附图2。
五、数据流图
BP网数据流图见附图1。
六、实例
实例一 全国铜矿化探异常数据BP 模型分类
1.全国铜矿化探异常数据准备
在全国铜矿化探数据上用稳健统计学方法选取铜异常下限值33.1，生成全国铜矿化探异常数据。
2.模型数据准备
根据全国铜矿化探异常数据，选取7类33个矿点的化探数据作为模型数据。这7类分别是岩浆岩型铜矿、斑岩型铜矿、矽卡岩型、海相火山型铜矿、陆相火山型铜矿、受变质型铜矿、海相沉积型铜矿，另添加了一类没有铜异常的模型(表8-1)。
3.测试数据准备
全国化探数据作为测试数据集。
4.BP网络结构
隐层数2，输入层到输出层向量维数分别为14，9、5、1。学习率设置为0.9，系统误差1e-5。没有动量项。

表8-1 模型数据表


续表

5.计算结果图
如图8-2、图8-3。

图8-2


图8-3 全国铜矿矿床类型BP模型分类示意图

实例二 全国金矿矿石量品位数据BP 模型分类
1.模型数据准备
根据全国金矿储量品位数据，选取4类34个矿床数据作为模型数据，这4类分别是绿岩型金矿、与中酸性浸入岩有关的热液型金矿、微细浸染型型金矿、火山热液型金矿(表8-2)。
2.测试数据准备
模型样本点和部分金矿点金属量、矿石量、品位数据作为测试数据集。
3.BP网络结构
输入层为三维，隐层1层，隐层为三维，输出层为四维，学习率设置为0.8，系统误差1e-4，迭代次数5000。

表8-2 模型数据

4.计算结果
结果见表8-3、8-4。

表8-3 训练学习结果


表8-4 预测结果(部分)


续表

7. 用Matlab编程BP神经网络进行预测

原理就是：建立网络-数据归一化-训练-预测-数据反归一化。附件是电力负荷预测的例子，可以参考。

BP（Back Propagation）神经网络是1986年由Rumelhart和McCelland为首的科学家小组提出，是一种按误差逆传播算法训练的多层前馈网络，是目前应用最广泛的神经网络模型之一。BP网络能学习和存贮大量的输入-输出模式映射关系，而无需事前揭示描述这种映射关系的数学方程。它的学习规则是使用最速下降法，通过反向传播来不断调整网络的权值和阈值，使网络的误差平方和最小。BP神经网络模型拓扑结构包括输入层（input）、隐层(hidden layer)和输出层(output layer)。

8. BP神经网络的特性

科普中国·科学百科：BP神经网络