神经网络与MATLAB简介

神经网络与MATLAB简介编者Outline1.人工神经网络简介2.神经网络的特点及应用3.神经网络模型4.神经网络的学习方式5.MATLABR2011b集成开发环境6.MATLAB语言基础1.人工神经网络简介人工神经网络（ArtificialNeuralNetwork，ANN），通常简称为神经网络，是一种在生物神经网络的启示下建立的数据处理模型。主要通过调整神经元之间的权值来对输入的数据进行建模，最终具备解决实际问题。1.人工神经网络简介

单层感知器结构

人工神经网络的可塑性表现于，其连接权值都是可调整的，它将一系列仅具有简单处理能力的节点通过权值相连，当权值调整至恰当时，就能输出正确的结果。网络将知识存储在调整后的各权值中，这一点是神经网络的精髓。2.神经网络的特点及应用1.自学习和自适应性。给神经网络输入新的训练样本，网络能够自动调整结构参数，改变映射关系2.非线性性。人工神经元处于激活或抑制状态，表现为数学上的非线性关系。3.鲁棒性与容错性。局部的损害会使人工神经网络的运行适度减弱，但不会产生灾难性的错误。4.计算的并行性与存储的分布性。每个神经元都可以根据接收到的信息进行独立运算和处理。人工神经网络具有强大的模式识别和数据拟合能力

2.神经网络的特点及应用1.模式分类。需要提供已知样本2.聚类。不需要提供已知样本。3.回归与拟合。相似的样本输入在神经网络的映射下，往往能得到相近的输出。4.优化计算。寻找一组参数组合，使由该组合确定的目标函数达到最小值。5.数据压缩。将数据保存于连接权值中。3.神经网络模型单层网络：单层感知器，线性网络。多层网络：其他网络。前向网络：BP、径向基网络、自组织网络等。反馈网络：Hopfield网络，Elman网络等。本书共介绍了单层感知器、线性网络、BP网络、径向基网络、自组织竞争网络、反馈网络、随机神经网络等神经网络模型。4.神经网络的学习方式1.有监督学习（有教师学习）。训练样本对应一个教师信号。2.无监督学习（无教师学习）。网络只接受一系列的输入样本，而对该样本应有的输出值一无所知。1.Hebb学习规则：权值的调整量与输入前一神经元输出值和后一神经元输出值的乘积成正比。2.纠错学习规则：权值的调整量与误差大小成正比。3.随机学习规则：Boltzmann机事实上就是模拟退火算法。4.竞争学习规则：只有一个获胜神经元可以进行权值调整，其他神经元的权值维持不变，体现了神经元之间的侧向抑制。5.MATLABR2011b集成开发环境MATLAB7.10R2010a2010.3MATLAB7.11R2010b2010.9MATLAB7.12R2011a2011.3MATLAB7.13R2011b2011.9

1.一年两次更新，上半年的为a，下半年的为b建议：1.选择大致最新的版本，不要落后太多。2.轻量级的应用，或者电脑配置过低，可以选择经典的MATLAB7.05.MATLABR2011b集成开发环境没有桌面快捷方式？找到bin\matlab.exe右键发送到桌面快捷方式5.MATLABR2011b集成开发环境命令窗口工作空间命令历史窗口当前目录窗口当前路径5.MATLABR2011b集成开发环境（1）命令窗口：输入命令可以立即获得结果5.MATLABR2011b集成开发环境（2）工作空间：直接观察变量的值。MATLAB可以直接观察内存！5.MATLABR2011b集成开发环境（3）命令历史窗口：记录执行过的命令。a.按向上箭头，可以查看输入过的命令，免的重复输入b.输入字母c，再按向上箭头，可以查看以c开头的历史命令5.MATLABR2011b集成开发环境（4）当前目录窗口：相当于资源管理器a.可以新建，复制，粘贴，删除文件或文件夹b.建议按文件类别分组排列5.MATLABR2011b集成开发环境（5）工具栏Simulink可视化仿真工具显示、切换当前目录GUIDE编写图形界面程序

调用的函数或脚本：1.是MATLAB自带的函数2.位于当前目录3.位于搜索路径下5.MATLABR2011b集成开发环境单击MATLAB主窗口右上方的关闭按钮。在主窗口的File菜单中选择ExitMATLAB。使用Ctrl+Q快捷键。在命令窗口输入exit或quit命令。双击MATLAB的桌面快捷方式在开始菜单中单击MATLAB命令开始运行MATLAB

打开MATLAB：退出MATLAB：5.MATLABR2011b集成开发环境用户如果需要帮助，可以借助MATLAB完善的联机帮助系统和命令窗口查询帮助系统。doc/helpwin/helpdesk命令，打开联机帮助系统，其中doc命令最为常用。docfuncName，在联机帮助系统中查询函数funcName的用法。helpfuncName，在命令窗口查询系统中查找funcName的用法，系统将结果显示在命令窗口中。lookforfuncName，查找关键字包含funcName的函数，结果显示在命令窗口中。如果用户想观看演示，可以通过以下方式打开演示系统：在联机帮助窗口菜单中选择“MATLAB”|“Demos”。在主窗口Help菜单下选择Demos命令。在命令窗口中输入demo。5.MATLABR2011b集成开发环境

调用的函数或脚本：1.是MATLAB自带的函数2.位于当前目录3.位于搜索路径下5.MATLABR2011b

集成开发环境修改搜索路径还有第二种方法：使用path(path,’d:\’)或addpath(‘d:\’)命令，但这样的路径不会被MATLAB保存，当函数返回后，或者MATLAB下次启动时，该路径不会被保存。添加目录及其子目录5.MATLABR2011b集成开发环境（1）检查该命令是不是一个变量。（2）检查该命令是不是一个预定义函数。（3）检查该命令是不是当前目录下的M文件。（4）检查该命令是不是MATLAB搜索路径中其他路径下的M文件。>>sin(1)>>sin=1;>>sin>>sin(1)>>clearsin>>sin(1)

变量优先于预定义函数5.MATLABR2011b集成开发环境搜索路径下的脚本：%sin.ma=1:10 %定义变量a，并直接在命令行显示出来输入命令：>>sin>>sin(3)5.MATLABR2011b集成开发环境当前目录下的脚本：%E:\MATLAB\R2011b\sin1.mb=[1,2;3,4]输入命令：>>a=1:10;>>sin1(a) >>sin1 6.MATLAB语言基础标识符应由字母、数字和下划线组成，且必须以字母开头。在MATLABR2011b中，标识符长度不超过63个字符，超过部分将被忽略。MATLAB的标识符大小写敏感，因此Book与book可以定义为两个不同的变量。标识符不得使用MATLAB语法中的关键字。>>a=1:5 %行向量>>b=[0,1,2;3,4,5] %2*3矩阵>>c=b(:,2) %取b的第2列>>s=input('请输入一行字符串：','s');>>s 6.MATLAB语言基础函数名功能zeros(m,n)创建m行n列零矩阵ones(m,n)创建m行n列全1矩阵eye(m,n)创建m行n列单位矩阵rand(m,n)创建m行n列服从0~1均匀分布的随机矩阵randn(m,n)创建m行n列服从标准正态分布的随机矩阵magic(n)创建n阶魔方矩阵linspace(x1,x2,n)创建线性等分向量logspace(x1,x2,n)创建对数等分向量diag创建对角矩阵6.MATLAB语言基础预定义变量名含义ans保存运算结果。用于没有指定运算结果名称时，将结果赋给ansepsMATLAB定义的正的最小值，表示精确度pi圆周率的值NaNNot-a-Number，非数，无法定义的一个数i/j虚数单位，sqrt(-1)nargin函数的输入参数个数nargout函数的输出参数个数realmax最大的正实数realmin最小的正实数>>pi=4 %将pi赋值为4，覆盖圆周率的值>>2*pi^2 %用新的值参与计算>>clearpi>>pi 覆盖6.MATLAB语言基础>>a=[1,2,3;4,5,6]a=123456>>a(1,2)ans=2>>a(3)ans=2>>mask=[0,1,0;0,0,0]mask=010000>>a(logical(mask))ans=2双下标单下标逻辑引用>>a(1,:)ans=123>>a(2,2:end)ans=56冒号和end6.MATLAB语言基础C/C++:int,unsignedint,short,unsignedshort,long,unsignedlongC/C++:doubleC/C++:floatC/C++:结构体C/C++:字符或字符串C/C++:bool型C/C++:函数指针6.MATLAB语言基础>>a=uint8(9) >>b=int16(8)>>a/b %无法直接运算>>b=uint8(8) %b改为无符号一个字节整数>>a/b %此时可以运算，除法运算只保留整数部分>>a=realmax('double'),b=realmax('single')>>a=realmin('double'),b=realmin('single') >>class(pi)>>class(2)整数浮点数6.MATLAB语言基础字符串函数功能blanks(n)返回n个空字符deblank(s)移除字符串尾部包含的空字符strfind(s1,s2)在s1中寻找s2，返回s2第一个字符所在的位置索引ischar(s)判断是否为字符串isletter(s)判断是否为字母lower(s)字母转换为小写upper(s)字母转换为大写strcat(s1,s2,…sn)连接各字符串strcmp(s1,s2)按字典顺序比较两个字符串strncmp(s1,s2,n)比较字符串中的前n个字符strrep(s1,s2,s3)s1中的s2部分用s3替换6.MATLAB语言基础>>='MATLAB'; >>book.price=20;>>book.pubtime='2011';>>book>>book2=struct('name','Matlab','price',20,'pubtime','2011');>>book2>>whos >>fori=1:10,... books(i).name=strcat('book',num2str(i));...books(i).price=20+i;...books(i).pubtime='2011';end;>>books>>books(1)>>price=[books.price] 结构体6.MATLAB语言基础>>a={1,2,3} >>b=[{zeros(2,2)},{uint8(9)};{'Matlab'},{0}] %2×2细胞数组>>c=b(3) %c=b(3)，c是一个小一些的细胞数组>>class(c)>>d=b{3} %d=b{3}，d为uint8型整数>>class(d)>>A=cell(2,3) %用cell函数创建空的细胞数组>>A{1}=zeros(2,2);>>A{2}='abc';>>A(3)={uint8(9)};>>A细胞数组6.MATLAB语言基础>>x=[1,2,3,4] %向量x>>ha=@sum %直接声明ha为sum函数的句柄>>hb=str2func('sum') %用str2func声明hb为sum函数的句柄>>functions(ha) %函数句柄ha包含的信息>>functions(hb) %函数句柄hb包含的信息>>sum(x) %使用sum求和>>ha(x) %使用ha代替sum>>hb(x) %使用hb代替sum>>feval('sum',x) %不使用函数句柄，使用feval>>hc=@Newton>>functions(hc) >>hd=@(x,y)x^(-2)+y^(-2); %定义匿名函数句柄>>functions(hd) %函数句柄包含的信息函数句柄6.MATLAB语言基础运算符运算符类型功能运算符运算符类型功能+,-矩阵运算矩阵加减运算+,-数组运算数组元素的加减运算*矩阵运算矩阵相乘.*数组运算矩阵或数组中的对应元素相乘/矩阵运算矩阵相除./数组运算矩阵或数组中的对应元素相除\矩阵运算矩阵左除，左边为除数.\数组运算矩阵或数组中的对应元素左除^矩阵运算矩阵的乘方.^数组运算矩阵或数组中的每一元素的乘方’矩阵运算取共轭转置.’数组运算取转置6.MATLAB语言基础>>a=[1,2;3,4]a=1234>>b=[1,1;1,1]b=1111>>a*bans=3377>>a.*bans=1234矩阵乘法对应元素相乘A|B，A&B：A、B可以是向量或矩阵A&&B，A||B：A、B为logical型的标量C/C++:!=MATLAB:~=>>2\3ans=1.5000>>a=[1,2;3,4]a=1234>>b=[2,5]';>>a\bans=1.00000.50003除以2MATLAB中求线性方程组最快的方法6.MATLAB语言基础命令窗口一次只能执行一条命令，大型程序采用M脚本或M函数的形式运行。下面是一个M脚本的