【BP预测】基于Tent混沌映射原子搜索算法优化BP神经网络实现数据回归预测附matlab代码

 1 简介

BP神经网络算法使用非常广泛,传统的BP神经网络算法虽然具有不错的拟合非线性函数的能力,但是容易陷入局部的极小值,并且传统的算法收敛的速度慢.本篇文章详细地论述了如何使用ent混沌映射原子搜索算法算法优化传统的BP神经网络算法中初始的权值和阀值,通过相应的验证和比较提出了该模型的有效性.

作为物理-元启发式算法中的一种,ASO 最早在 2018 年由赵卫国提出并将其应用于地下水分散系数估计。ASO 的灵感来自于基本的分子动力学,自然界中所有的物质都是由原子组成,原子具备质量和体积,在一个原子系统中,所有原子都是相互作用并且处于恒定的运动状态,其微观相互作用十分复杂。随着科学技术的发展,近些年来分子动力学发展迅速,已经可以使用计算机模拟原子和分子的物理运动规律。

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​2 部分代码

%--------------------------------------------------------------------------% GSA code v1.0.% Developed in MATLAB R2011b% The code is based on the following papers.% W. Zhao, L. Wang and Z. Zhang, Atom search optimization and its % application to solve a hydrogeologic parameter estimation problem, % Knowledge-Based Systems (2018), https://doi.org/10.1016/j.knosys.2018.08.030.%% W. Zhao, L. Wang and Z. Zhang, A novel atom search optimization for % dispersion coefficient estimation in groundwater, Future Generation % Computer Systems (2018), https://doi.org/10.1016/j.future.2018.05.037.%--------------------------------------------------------------------------% Atom Search Optimization.function [X_Best,Fit_XBest,Functon_Best]=ASO(alpha,beta,Fun_Index,Atom_Num,Max_Iteration)% Dim: Dimension of search space.% Atom_Pop: Population (position) of atoms.% Atom_V:  Velocity of atoms.% Acc: Acceleration of atoms.% M: Mass of atoms. % Atom_Num: Number of atom population.% Fitness: Fitness of atoms.% Max_Iteration: Maximum of iterations.% X_Best: Best solution (position) found so far. % Fit_XBest: Best result corresponding to X_Best. % Functon_Best: The fitness over iterations. % Low: The low bound of search space.% Up: The up bound of search space.% alpha: Depth weight.% beta: Multiplier weightalpha=50;beta=0.2;   Iteration=1;   [Low,Up,Dim]=Test_Functions_Range(Fun_Index);     % Randomly initialize positions and velocities of atoms.     if size(Up,2)==1         Atom_Pop=rand(Atom_Num,Dim).*(Up-Low)+Low;         Atom_V=rand(Atom_Num,Dim).*(Up-Low)+Low;     end        if size(Up,2)>1        for i=1:Dim           Atom_Pop(:,i)=rand(Atom_Num,1).*(Up(i)-Low(i))+Low(i);           Atom_V(:,i)=rand(Atom_Num,1).*(Up(i)-Low(i))+Low(i);        end     end % Compute function fitness of atoms.     for i=1:Atom_Num       Fitness(i)=Test_Functions(Atom_Pop(i,:),Fun_Index,Dim);     end       Functon_Best=zeros(Max_Iteration,1);       [Max_Fitness,Index]=min(Fitness);       Functon_Best(1)=Fitness(Index);       X_Best=Atom_Pop(Index,:);      % Calculate acceleration. Atom_Acc=Acceleration(Atom_Pop,Fitness,Iteration,Max_Iteration,Dim,Atom_Num,X_Best,alpha,beta); % Iteration for Iteration=2:Max_Iteration            Functon_Best(Iteration)=Functon_Best(Iteration-1);           Atom_V=rand(Atom_Num,Dim).*Atom_V+Atom_Acc;           Atom_Pop=Atom_Pop+Atom_V;                      for i=1:Atom_Num       % Relocate atom out of range.             TU= Atom_Pop(i,:)>Up;           TL= Atom_Pop(i,:)<Low;           Atom_Pop(i,:)=(Atom_Pop(i,:).*(~(TU+TL)))+((rand(1,Dim).*(Up-Low)+Low).*(TU+TL));           %evaluate atom.            Fitness(i)=Test_Functions(Atom_Pop(i,:),Fun_Index,Dim);         end        [Max_Fitness,Index]=min(Fitness);                   if Max_Fitness<Functon_Best(Iteration)             Functon_Best(Iteration)=Max_Fitness;             X_Best=Atom_Pop(Index,:);          else            r=fix(rand*Atom_Num)+1;             Atom_Pop(r,:)=X_Best;        end           % Calculate acceleration.       Atom_Acc=Acceleration(Atom_Pop,Fitness,Iteration,Max_Iteration,Dim,Atom_Num,X_Best,alpha,beta); endFit_XBest=Functon_Best(Iteration); 

3 仿真结果

4 参考文献

[1]马俊涛. 基于MATLAB的BP神经网络模型的预测算法研究[C]// 军事信息软件与仿真学术研讨会. 中国电子学会, 2006.

博主简介:擅长智能优化算法、神经网络预测、信号处理、元胞自动机、图像处理、路径规划、无人机等多种领域的Matlab仿真,相关matlab代码问题可私信交流。

部分理论引用网络文献,若有侵权联系博主删除。

### 回答1: 基于Tent混沌映射改进原子搜索算法 (ASO) 是一种基于自然界的原子模型的优化算法,可以用于解决优化问题。BP神经网络是一种经典的人工神经网络模型,用于处理回归预测问题。将ASO算法应用于BP神经网络回归预测中,可以提高预测的准确率和性能。 首先,ASO算法基于Tent混沌映射来更新原子的位置,从而搜索最优解。Tent混沌映射通过非线性映射,能够充分利用混沌性质,提高搜索过程的多样性和随机性,有利于全局搜索。 在ASO算法中,原子的位置代表了神经网络模型中的参数权重。通过迭代更新原子的位置,可以优化BP神经网络的权重,从而提高预测的性能。在每一代迭代中,ASO算法根据目标函数的值来评估原子的适应性,并选择适应性较强的原子进行更新。通过这种方式,ASO算法能够寻找到BP神经网络的最优权重值,从而提高回归预测的准确性。 此外,与传统的优化算法相比,ASO算法具有以下优势:1)能够从全局范围寻找最优解,避免陷入局部最优解;2)具有较好的收敛性能,能够快速找到最优解;3)具有较高的搜索精度和准确性。 综上所述,基于Tent混沌映射改进的ASO算法可以应用于优化BP神经网络的权重,从而提高回归预测的精度和性能。该方法能够有效地解决回归预测问题,并具有广泛的应用前景。 ### 回答2: 基于Tent混沌映射改进原子搜索算法(ASO)是一种基于群体智能的优化算法,它模拟了原子的行为,通过原子搜索来寻找最优解。而BP神经网络是一种常用的神经网络模型,通过学习数据的输入和输出关系,用于回归预测问题。 在使用ASO优化BP神经网络回归预测时,首先需要定义BP神经网络的结构和参数。BP神经网络一般包含输入层、隐藏层和输出层,以及相应的连接权重和偏置值。这些参数就是我们需要优化的目标。 接下来,将ASO算法引入到BP神经网络的参数优化过程中。ASO算法中的原子搜索过程可以通过调整BP神经网络参数的方式来实现。具体来说,可以用ASO算法来搜索合适的连接权重和偏置值,以使得神经网络在训练集上的预测误差尽可能小。 在ASO算法中,通过引入Tent混沌映射来确定搜索的方向和步长。Tent混沌映射是一种紧密相关的随机映射,具有较好的混沌特性,可以有效地增加搜索空间覆盖率。在优化BP神经网络的参数过程中,通过将Tent混沌映射应用于搜索方向和步长的调整,可以提高搜索的效率和收敛速度。 具体实现时,可以将Tent混沌映射的输出作为搜索方向和步长的调整值,与初始的连接权重和偏置值相结合,得到新的参数值。然后,通过BP神经网络的训练过程,计算相应的预测误差,并将该误差作为ASO算法的适应度函数,以指导下一次迭代搜索。 通过不断迭代和优化,ASO算法能够逐步提高BP神经网络预测性能,使其在回归预测问题中能够更好地拟合训练数据,并且具有更好的泛化能力。最终得到的优化后的BP神经网络可以用于进行准确的回归预测任务。 ### 回答3: 基于Tent混沌映射改进原子搜索算法(ASO)是一种优化算法。ASO通过模拟原子的行为来搜索最优解。BP神经网络是一种常用的回归预测模型,通过训练来学习数据的模式和规律。将ASO应用于BP神经网络回归预测中,可以提高预测的精度和效率。 首先,我们需要将ASO与BP神经网络回归预测相结合。在BP神经网络中,我们需要调整网络的权重和阈值,以使得网络的输出与实际值尽可能接近。而ASO可以通过搜索空间进行优化,寻找最优的权重和阈值组合,从而提高BP神经网络预测能力。 接下来,我们需要修改ASO的搜索策略,使其适用于优化BP神经网络。一种可能的改进是使用Tent混沌映射来生成原子的运动路径。Tent混沌映射具有良好的随机性和混沌性质,可以帮助算法跳出局部最优解,增加搜索的多样性和全局性。 在ASO的优化过程中,我们需要定义适应度函数来评估每个原子的优劣。对于优化BP神经网络回归预测问题,可以使用均方误差(MSE)作为适应度函数。MSE能够测量网络的输出与实际值之间的差异,越小代表预测结果越准确。 最后,我们通过迭代的方式,将ASO与BP神经网络回归预测相结合进行训练。每次迭代都会更新原子的位置和适应度值,直到找到最优解或达到预定的停止条件。 综上所述,基于Tent混沌映射改进原子搜索算法可以优化BP神经网络回归预测。该方法能够提高预测的准确性和效率,为数据分析和预测问题提供了一种有效的工具。
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