基于SFLA优化BP神经网络的语音信号分类

BP神经网络是一种多层前馈网络,数据经过网络的输入层、隐含层逐层处理后,由输出层进行输出,通过和期望输出的对比进行反向传播,调整网络参数使输出不断逼近期望输出;在使用BP神经网络对语音特征信号进行分类的过程中,会出现BP神经网络易陷入局部最优解、学习收敛速度慢的问题;针对此问题提出一种基于SFLA优化BP神经网络权值和阀值的方法,引入SFLA算法优化网络权值和阀值,利用SFLA优化后的BP网络模型进行语音特征信号分类;仿真结果表明,经SFLA优化后的BP神经网络与未优化的神经网络相比,不仅训练速度快, 而且误差小,语音特征信号分类的正确率平均提高1.31%。     

应用可见-近红外光谱技术进行白醋品牌和pH值的快速检测

提出了一种基于可见-近红外透射光谱技术快速判别白醋品牌和测定pH值的方法。应用可见-近红外透射光谱获取不同品牌白醋的透射光谱曲线,并对获得的原始光谱数据进行平滑、变量标准化以及一阶导数等预处理,然后利用主成分分析对原始光谱数据进行聚类分析,根据主成分的累计贡献率选取主成分数,并将所选取的主成分作为三层BP神经网络的输入。通过定标集样本对BP神经网络进行训练,得到三层优化神经网络结构：5输入层节点,6隐含层节点和2输出层节点,各层传递函数均采用Sigmoid函数。利用该模型对预测集样本进行预测。实验结果表明在阈值设定为±0.1的情况下该模型对预测集样本品牌鉴别准确率达到了100%,pH预测值与实际测量值偏差小于5%,得到了理想的结果。所以利用可见-近红外光谱技术结合主成分分析和神经网络算法能够快速准确的判定白醋品牌和pH值。     

基于独立组分分析和BP神经网络的可见/近红外光谱蜂蜜品牌的鉴别

提出了一种基于独立组分分析的可见/近红外光谱透射技术快速鉴别蜂蜜品牌的新方法。用独立组分分析方法获取蜂蜜的可见/近红外光谱载荷图,将载荷图中相关性最大的波段,作为人工神经网络的输入建立蜂蜜品牌的鉴别模型。建立了一个三层的BP神经网络模型,各层传递函数采用S型(Sigmoid)函数,并设置网络输入层节点数为9,隐含层节点数为10,输出层节点数为3。每个品牌25个样本,3个品牌共75个样本,用来建立BP神经网络模型,剩余的3个品牌各５个样本用于预测,鉴别准确率达100%,模型的拟合残差为8.245 365×10-5。说明基于独立组分分析的方法具有很好的鉴别效果,为蜂蜜的品牌鉴别提供了一种新方法。     

水声通信近似L0范数约束的BP网络均衡器*

针对稀疏水声信道的长时延扩展及梯度下降的权值迭代方案导致的神经网络均衡器收敛速度慢的问题,提出了近似L₀范数约束的BP神经网络均衡器。首先在传统BP网络均衡器基础上增加判决反馈项,然后在代价函数中对均衡器输入层到隐含层的权值增加L₀范数约束,构造新的代价函数,利用高斯族函数近似L₀范数约束,并根据不同隐层神经元节点输出权值的L₂范数设定近似参数。仿真结果表明,稀疏信道条件下,本方法相比传统的BP网络均衡器收敛速度更快,误码率更低,可以有效提升神经网络均衡器的性能。     

近红外光谱结合主成分分析和BP神经网络的转基因大豆无损鉴别研究

为探究无损鉴别转基因大豆的可行性,利用近红外光谱分析仪对大豆扫描得到反射光谱,应用主成分分析结合BP神经网络方法进行分析鉴别。首先应用主成分分析法,得到包含大豆99.03%的光谱信息的6个主成分,再将其作为BP神经网络的输入,对应的大豆种类作为输出,建立一个三层BP神经网络模型。该模型对于转基因大豆的正确识别率为100%,说明近红外光谱结合主成分分析和BP神经网络的方法能无损快速准确地鉴别转基因大豆。     

基于GA特征选择和BP神经网络的模拟电路故障检测

针对模拟电路故障检测中存在测试节点数较多的问题,提出遗传算法与BP神经网络相结合的方法;利用遗传算法的全局、并行寻优能力对模拟电路的系统特征进行优化选择,从而减少BP神经网络输入层节点数;用MATLAB软件对仿真实例数据进行编程实验,直接使用BP神经网络,检测率为66.7%,采用遗传算法与BP神经网络结合的方法,检测率可为100%;结果表明,相对于传统的BP神经网络方法,该方法提高了模拟电路故障检测的平均正确率。     

粒子群优化算法在混合气体红外光谱定量分析中的应用

通过将粒子群优化技术及BP神经网络技术相结合,建立了三种烃烷混合气体的红外光谱定量分析模型。混合气体主要由甲烷、乙烷、丙烷三种组分气体组成,三种组分气体浓度范围分别为0.01%～0.1%。文章首先采用主成分分析技术从红外光谱1 866个数据中提取了5个特征变量作为神经网络的输入,将气体浓度作为网络输出。然后将粒子群优化算法与BP神经网络技术相结合,对网络的隐含层节点数进行了优化选择。再对结构优化后的网络进行训练,建立气体分析模型。分析模型的标准气体验证实验结果表明,采用此方法建立混合气体红外光谱定量分析模型所用时间(大约4 600 s)比单纯采用BP神经网络进行遍历优化建模所用时间(大约24 500 s)降低5倍以上,模型预测精度水平相当,网络结构大致相同,具有一定的实践意义和应用潜力。     

神经网络在污水处理过程中的应用

针对活性污泥法在污水处理过程中,水量会发生巨大的变化,以及运行所带来的强耦合、非线性、大滞后性等影响了污水处理的控制过程;利用神经网络技术特点对污水处理厂进行模拟实验,建立BP神经网络模型的仿真,用试凑法确定隐含层节点的个数,为了避免建立的网络过大,在训练网络过程中,避免出现网络“过训练”,建立合适的网络模型;通过对污水处理过程中输入数据的水质的变量参数,来预测未来某一时间输出某一水质变量参数;结果表明,BP神经网络可以应用于活性污泥法水处理过程中对水质参数进行模拟仿真和预测的效果。     

基于可见/近红外光谱的水稻品种快速鉴别研究

提出了一种应用可见/近红外光谱技术与化学计量学相结合的快速、无损鉴别稻谷品种的新方法。收集了5个品种水稻共150个样本作为实验样本,通过可见/近红外光谱仪扫描这些样本获得了从350 nm到1 075 nm波长范围的光谱信息。将样本的光谱信息进行小波分解以消除高频噪声。将去噪声后的光谱数据经主成分分析压缩成数目较少的新变量(主成分),压缩得到的前4个主成分能够解释99.891%的原始光谱信息。将前4个主成分作为BP神经网络的输入,不同水稻品种值的二进制代码值作为BP神经网络的输出,建立稻谷品种的模式识别模型。模型的预测误差阈值是0.2,模型是3层网络结构,各层的节点分别是4,9和3。150个样本被随机的分成包含100个样本的建模集和50个样本的预测集。结果表明,预测未知的50个样本的正确率达到96%。说明该方法具有较高的鉴别准确度,为稻谷品种的快速无损鉴别提供了一种新的方法。     

基于BP神经网络的景象匹配算法

针对以可见光图像为基准、红外图像为实测的景象匹配问题,提出了一种基于BP神经网络的景象匹配方法。该方法首先抽取满足平移、旋转、尺度不变性的Krawtchouk不变矩作为红外目标的特征描述并构造特征向量,随后,基于主分量分析法消除特征向量各个分量间的相关性,去掉多个对目标匹配识别贡献不大的特征的影响,形成描述目标的有效特征向量。接下来,构造三层BP神经网络,以有效匹配特征作为输入,匹配位置作为输出,按照经验公式确定隐层节点个数,基于样本集对红外目标在可见光基准图像中的匹配过程进行训练,最终形成智能化景象匹配识别器。实验结果表明,与常用的景象匹配算法相比,提出方法不仅具有更高的匹配精度和速度,而且鲁棒性好,能抵抗实测图像的旋转几何畸变。     

基于BP神经网络及模糊推理的温度预警模型研究

主要研究建立疫苗冷链物流运输过程中的温度监控预警模型,通过优化的BP神经网络算法进行温度的预测,并采用模糊推理进行有效的决策预警,旨在把冷链物流运输中可能产生的损失降到最低;仿真测试阶段通过建构一个隐藏层神经元为13个的优化BP神经网络,在Matlab中进行有效性仿真,训练回归统计R值接近于1,且得出期望输出与实际值相差无几;模糊推理系统采用trapmf隶属函数,通过仿真的规则曲面表明该规则对输入有良好的判断。      

改进的遗传优化BP-NN在变电站故障区域中的研究

BP神经网络（Back Propagation Neural Network,BP-NN）具有良好的自学习能力以及自适应和泛化能力,但运算过程中容易陷入局部极小值,同时隐含层节点数的选择也影响着诊断的效果。文中根据经验公式缩小隐层节点数范围,在小范围里寻找最优的隐层节点数。根据遗传算法(Genetic Algorithm,GA)具有全局寻优的特点,用遗传算法优化BP神经网络训练的初始权值阈值,可以避免BP神经网络陷入局部极小的问题。但是,传统遗传算法也有自身的缺点,其在全局寻优的过程中,易陷入“早熟”的问题。为了解决传统遗传算法“早熟”现象,文中提出了一种协同进化的遗传算法,即使用3个种群同时进化的遗传算法,协同进化遗传算法不但可以避免传统遗传算法的“早熟”问题,而且可以加强局部搜索提高运行效率。将协同进化遗传算法应用到BP神经网络中,仿真结果表明,该方法可以准确有效地诊断出变电站故障元件,提高变电站故障诊断过程中的容错性及效果。     

BP神经网络在使用红外热像仪技术预测冬小麦产量中的应用(英文)

通过使用红外热像仪技术获得冬小麦冠层不同温度值,计算得到冬小麦主要需水阶段水分胁迫指标ICWSI(infrared crop water stress index)。并根据此数据,使用一次灌溉周期中3个时段不同的ICWSI的平均值作为输入因子,相应实测冬小麦产量作为输出因子,建立了BP神经网络模型对冬小麦的产量进行预测,本文采用三层BP神经网络,其拓扑结构为3-5-1,数据归一化处理后收敛性能增强。预测结果显示,平均相对误差最大只有3.42%;为了证实这一方法的优越性,同时建立了基于ICWSI和冬小麦产量关系的非线性函数的预测模型,预测结果与实际产量值进行比较,平均相对误差最大达到了18.87%。两种预测方法得到的不同预测结果表明,将红外热像仪技术与BP神经网络预测方法相结合,可以成功用来预测冬小麦产量,比使用非线性函数预测的效果更好,精度更高,可靠性更强,可以用于实际生产需要。     

基于二维相关近红外谱参数化及BP神经网络的掺杂牛奶鉴别

将二维相关近红外谱参数化方法与BP神经网络结合,建立掺杂牛奶与纯牛奶的判别模型。分别配制含有尿素牛奶(1～20 g·L-1)和三聚氰胺牛奶(0.01～3 g·L-1)样品各40个。研究了纯牛奶、掺杂牛奶的二维相关近红外谱特性,在此基础上,分别提取了各样品二维相关同步谱的5个特征参数。将这5个特征参数作为BP神经网络的输入,分别建立掺杂尿素、掺杂三聚氰胺、两种掺杂牛奶与纯牛奶的判别模型,采用这些模型对未知样品进行预测,其预测正确率分别为95%,100%和96.7%。研究结果表明：该方法有效地提取了牛奶中掺杂目标物的特征光谱信息,同时又减少了BP神经网络输入变量的维数,实现了掺杂牛奶与纯牛奶的鉴别。     

太赫兹超材料吸收器的逆向设计

提出一种顶层图案为圆环加双开口谐振环结构的吸收器,并通过神经网络实现太赫兹超材料吸收器结构参数的逆向设计。该神经网络由输入层、输出层和5层隐藏层构成,输入为所需吸收率和品质因子,根据电磁共振理论将3个结构参数设定为输出。仿真结果表明,该吸收器在1.192 THz频率处的吸收率可达99.99%,在1.22 THz频率处品质因子可达31.7,其吸收性能与目标性能的误差最小为0.9%。所提方法显著简化了吸收器的设计过程,为太赫兹超材料的快速发展提供可能。     

基于并行禁忌神经网络和DS证据的飞机燃油系统故障诊断

飞机燃油系统是一个由许多相互联系的子系统构成的复杂总体,因而易于发生各类故障,当故障发生时会造成严重影响,为此,设计了一种基于禁忌神经网络和DS证据的飞机燃油系统故障诊断方法;首先,建立了飞机燃油系统的故障诊断模型,然后,建立了3层的BP神经网络故障诊断模型,并采用禁忌优化算法对BP神经网络进行参数优化,得到多个并行诊断的禁忌神经网络,输入样本数据对其训练并利用BP反向传播算法再次调优;最后将测试样本数据输入各禁忌神经网络,并将诊断结果作为证据采用DS证据理论进行融合,得到最终的故障诊断结果;实验结果表明:引入DS证据理论的故障诊断方法能有效克服单一故障诊断方法无法精确诊断故障的不足,诊断精度高,具有较大的优越性。     

基于可见-近红外反射光谱技术的葡萄品种鉴别方法的研究

提出一种利用可见-近红外反射光谱技术快速无损鉴别葡萄品种的新方法.采用主成分分析法对三个葡萄品种的光谱进行聚类分析.结果表明, 黑提葡萄能够被区分.进一步采用人工神经网络技术对马奶子和木拉格两种葡萄进行品种鉴别.以前10个主成分作为神经网络的输入, 品种类型作为神经网络的输出, 建立三层BP神经网络模型.结果显示, 这两个品种的识别准确率达到98.28 %, 结果优于簇类独立软模式(SIMCA).同时提出葡萄品种鉴别的四个敏感波段: 452、493、542和668 nm.基于敏感波段光谱的BP神经网络预测准确率为97.41%.说明采用可见-近红外光谱分析技术结合主成分分析和人工神经网络的方法能够快速无损鉴别葡萄的品种, 为葡萄品种的鉴别提供了一种新方法.     

基于BP神经网络的传感器网络动态采样模型研究

能耗控制对于农业环境监测无线传感器网络系统具有重要意义。基于误差反向传播的多层前馈神经网络预测和阈值分析建立了一种土壤温度传感器网络动态采样模型,实现了基于土壤温度周期变化特征的采样频率实时调整方法,达到减少网络冗余数据,降低网络功耗的目的。以环境温度和空气相对湿度为BP神经网络实测输入,土壤温度为预测输出,通过判断输出是否进入阈值区间动态调整采样周期。仿真实验结果表明,对于具有周期性特点的土壤温度,BP网络模型对其预测值和实测值之间的均方根误差RMSE及绝对误差AE分别为0.83℃和0.54℃。相比于连续采样,阈值分析动态采样次数减少30%。     

基于改进RBF神经网络的变形场插值算法研究

传统的物体表面力学变形场计算方法存在计算量大,无法计算边缘点变形等问题;提出一种改进的萤火虫算法优化RBF神经网络的变形插值方法,利用阈值约束RBF神经网络隐含层结点数,运用可变步长萤火虫算法优化RBF神经网络隐含层节点的中心和宽度,采用递推最小二乘法计算隐含层到输出层之间的权值,建立物体表面位移神经网络插值模型;为提高位移插值精度,在训练和测试的输入中增加坐标组合数据;应用于混凝土梁三点弯实验,仿真结果表明,该算法比常用的神经网络算法有更快的仿真速度和更高的预测精度,可用于土工材料表面变形场的快速、准确的计算。     

应用可见-近红外光谱快速识别沙棘汁品牌

为了实现沙棘汁品牌的快速无损鉴别,提出了采用可见-近红外光谱分析技术(NIR)鉴别沙棘汁品牌的方法。采用FieldSpec3光谱仪对三种沙棘汁进行光谱分析,各获取40个样本数据。采用平均平滑法和多元散射校正(MSC)方法对样本数据进行预处理,再用主成分法(PCA)对光谱数据进行聚类分析并获得各主成分数据。将120个沙棘汁样本随机分成90个建模样本和30个预测样本,把基于累计可信度选择的建模样本的8个主成分(PCs)数据作为BP网络的输入变量,沙棘汁品牌作为输出变量,建立三层反向传播(BP)神经网络鉴别模型,并对30个预测样本进行预测。结果表明,在阈值设定为±0.1的情况下,该模型对预测集样本品牌鉴别准确率达到了100%。所以应用近红外光谱技术结合主成分分析和BP神经网络算法识别沙棘汁品牌是一种有效的方法。