神经网络实用教程 教学课件 ppt 作者 张良均 曹晶 2.6 自组织神经网络模型与算法
2.6 自组织神经网络模型与学习算法,概述,自组织神经网络，又称为自组织竞争神经网络,特别适合于解决模式分类和识别方面的应用问题。 自组织神经网络属于前向神经网络类型，采用无导师学习算法， 自组织特征映射神经网络不仅能够像自组织竞争神经网络一样学习输入的分布情况，而且可以学习神经网络的拓扑结构。,概述,自组织竞争神经网络类型 自适应共振理论(Adaptive Resonance Theory，ART)网络 自组织特征映射(self-Organizing Map，SOM)网络 对传(Counter Propagation，CP)网络 协同神经网络(Synergetic Neural NetworkSNN),2.6.1 自组织特征映射神经网络结构,由芬兰学者Teuvo Kohonen于1981年提出 基本上为输入层和映射层的双层结构,映射层的神经元互相连接，每个输出神经元连接至所有输入神经元,Im Teuvo Kohonen,2.6.1 自组织特征映射神经网络结构,SOM神经网络结构,2.6.1 自组织特征映射神经网络结构,SOM神经网络平面示意图,2.6.1 自组织特征映射神经网络结构,SOM神经网络立体示意图,2.6.2自组织特征映射网络的学习算法,自组织特征映射学习算法原理 Kohonen自组织特征映射算法，能够自动找出输入数据之间的类似度，将相似的输入在网络上就近配置。因此是一种可以构成对输入数据有选择地给予响应的网络。 类似度准则 欧氏距离,2.6.2自组织特征映射网络的学习算法,自组织特征映射学习算法步骤 (1)网络初始化 用随机数设定输入层和映射层之间权值的初始值 (2)输入向量 把输入向量输入给输入层 (3) 计算映射层的权值向量和输入向量的距离 映射层的神经元和输入向量的距离，按下式给出,2.6.2自组织特征映射网络的学习算法,自组织特征映射学习算法步骤 (4) 选择与权值向量的距离最小的神经元 计算并选择使输入向量和权值向量的距离最小的神经元，把其称为胜出神经元并记为 ，并给出其邻接神经元集合。 (5)调整权值 胜出神经元和位于其邻接神经元的权值，按下式更新： (6)是否达到预先设定的要求如达到要求则算法结束，否则返回(2)，进入下一轮学习,2.6.2自组织特征映射网络的学习算法,邻域函数 由邻域函数可以看到，以获胜神经元为中心设定了一个邻域半径，称为胜出邻域。学习初期，胜出神经元和其附近的神经元全部接近当时的输入向量，形成粗略的映射。 随着学习的进行而减小，胜出邻域变窄，胜出神经元附近的神经元数变少。因此，学习方法是一种从粗调整向微调整变化，最终达到预定目标的过程。,2.6.3 自组织网络学习算法的MATLAB实现,MATLAB中自组织神经网络的重要函数和基本功能,2.6.3 自组织网络学习算法的MATLAB实现,MATLAB中自组织神经网络的重要函数和基本功能 newsom() 功能 创建一个自组织特征映射网络函数 格式 net = newsom(PR，D1，D2，.，TFCN，DFCN，OLR，OSTEPS，TLR，TND) 说明 net为生成的新BP神经网络；PR为网络输入矢量取值范围的矩阵Pmin Pmax；D1，D2，.为神经元在多维空间中排列时各维的个数；TFCN为拓扑函数，缺省值为hextop；DFCN为距离函数，缺省值为linkdist；OLR为排列阶段学习速率，缺省值为0.9；OSTEPS为排列阶段学习次数，缺省值为1000；TLR为调整阶段学习速率，缺省值为0.02，TND为调整阶段领域半径，缺省值为1。,2.6.3 自组织网络学习算法的MATLAB实现,plotsom() 功能 绘制自组织特征映射网络图的权值向量 函数 格式 (1) plotsom(pos) (2) plotsom(W，D，ND) 说明 式中pos是网络中各神经元在物理空间分布的位置坐标矩阵；函数返回神经元物理分布的拓扑图，图中每两个间距小于1的神经元以直线连接；W为神经元权值矩阵；D为根据神经元位置计算出的间接矩阵；ND为领域半径，缺省值为1；函数返回神经元权值的分布图，图中每两个间距小于ND的神经元以直线连接。,2.6.3 自组织网络学习算法的MATLAB实现,yec2ind() 功能 将单值向量组变换成下标向量 格式 ind = vec2ind(vec) 说明 式中，vec为m行n列的向量矩阵x，x中的每个列向量i，除包含一个1外，其余元素均为0， ind为n个元素值为1所在的行下标值构成的一个行向量。,2.6.3 自组织网络学习算法的MATLAB实现,例2-5 人口分类是人口统计中的一个重要指标，现有1999共10个地区的人口出生比例情况如下： 出生男性百分比分别为：0.5512 0.5123 0.5087 0.5001 0.6012 0.5298 0.5000 0.4965 0.5103 0.5003; 出生女性百分比分别为：0.4488 0.4877 0.4913 0.4999 0.3988 0.4702 0.5000 0.5035 0.4897 0.4997,2.6.3 自组织网络学习算法的MATLAB实现,例2-5源程序,例2-5 SOM网络权值分布图,例2-5 SOM网络数据分类图,类别1,类别2,类别5,类别4,类别3,测试数据属于类别5,小结,概述 自组织特征映射神经网络结构 自组织特征映射网络的学习算法 自组织网络学习算法的MATLAB实现 自组织特征映射网络的特点,
