基于粒子群算法优化BP神经网络实现数据分类

本文探讨了如何使用粒子群算法(PSO)优化BP神经网络,以解决其在面对大规模数据集时易陷入局部最优解的问题。通过在Matlab中实现PSO优化的BP神经网络,实验表明该方法能提高分类准确率。

基于粒子群算法优化BP神经网络实现数据分类

随着机器学习技术的发展,许多人工智能应用逐渐被广泛应用于各个领域。其中,BP神经网络是一种常见的模式识别算法,能够通过训练得到较高准确率的分类结果。然而,BP神经网络在面对大规模数据集时容易陷入局部最优解,影响分类效果。为了解决这一问题,本文将介绍如何使用粒子群算法优化BP神经网络实现数据分类,并提供Matlab代码实现。

  1. 粒子群算法

首先,我们简单介绍一下粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)。PSO算法是一种演化计算模型,它通过不断地调整每个“粒子”(即算法搜索空间中的一个个体)的位置和速度,在解空间中寻找最优解。

具体而言,PSO算法通过维护每个粒子的位置和速度来实现全局搜索和局部搜索。每个粒子都有自己的当前位置和速度,并根据当前位置和速度以及当前最优位置和速度(即历史上最好的位置和速度)来决定下一步的移动方向和速度。在不断迭代的过程中,每个粒子的位置和速度逐渐趋于最优解。

  1. BP神经网络

BP神经网络是一种常见的神经网络模型,其基本思想是通过反向传播算法训练网络权重,从而实现分类预测功能。BP神经网络通常包括三层,分别为输入层、隐层和输出层。其中,输入层接收输入数据,隐层通过对输入数据的加权处理来生成新的特征向量,输出层则将隐层输出映射到具体的类别。

然而,BP神经网络容易陷入局部最优解,影响分类效果。因此,我们需要通过优化算法来提高BP神经网络的准确率。

  1. 粒子群算法优化BP神经网络

为了将PSO算法应用于BP神经网络

This add-in to the PSO Research toolbox (Evers 2009) aims to allow an artificial neural network (ANN or simply NN) to be trained using the Particle Swarm Optimization (PSO) technique (Kennedy, Eberhart et al. 2001). This add-in acts like a bridge or interface between MATLAB’s NN toolbox and the PSO Research Toolbox. In this way, MATLAB’s NN functions can call the NN add-in, which in turn calls the PSO Research toolbox for NN training. This approach to training a NN by PSO treats each PSO particle as one possible solution of weight and bias combinations for the NN (Settles and Rylander ; Rui Mendes 2002; Venayagamoorthy 2003). The PSO particles therefore move about in the search space aiming to minimise the output of the NN performance function. The author acknowledges that there already exists code for PSO training of a NN (Birge 2005), however that code was found to work only with MATLAB version 2005 and older. This NN-addin works with newer versions of MATLAB till versions 2010a. HELPFUL LINKS: 1. This NN add-in only works when used with the PSORT found at, http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/28291-particle-swarm-optimization-research-toolbox. 2. The author acknowledges the modification of code used in an old PSO toolbox for NN training found at http://www.mathworks.com.au/matlabcentral/fileexchange/7506. 3. User support and contact information for the author of this NN add-in can be found at http://www.tricia-rambharose.com/ ACKNOWLEDGEMENTS The author acknowledges the support of advisors and fellow researchers who supported in various ways to better her understanding of PSO and NN which lead to the creation of this add-in for PSO training of NNs. The acknowledged are as follows: * Dr. Alexander Nikov - Senior lecturer and Head of Usaility Lab, UWI, St. Augustine, Trinidad, W.I. http://www2.sta.uwi.edu/~anikov/ * Dr. Sabine Graf - Assistant Professor, Athabasca University, Alberta, Canada. http://scis.athabascau.ca/scis/staff/faculty.jsp?id=sabineg * Dr. Kinshuk - Professor, Athabasca University, Alberta, Canada. http://scis.athabascau.ca/scis/staff/faculty.jsp?id=kinshuk * Members of the iCore group at Athabasca University, Edmonton, Alberta, Canada.
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