人工神经元的数学模型,神经元模型图片

人工神经元的基本构成

人脑的神经元模型如图8.6所示。图中一个神经元由细胞核、一个轴突、多个树突、突触组成。生物电信号从树突传入，经过细胞核处理，从轴突输出一个电脉冲信号。

神经元通过树突与轴突之间的突触与其他神经元相连构成一个复杂的大规模并行网络。

图8.6 人脑的神经元模型[8]1943年心理学家McCulloch和数学家Pitt将生物模型抽象化，建立了人工神经网络的数学模型——MP模型，如图8.7所示。

图8.7 人工神经元模型[8]该人工神经元具有以下6点特征:(1)每个神经元是一个多输入单输出单元;(2)突触分兴奋和抑制两种;(3)神经元有空间整合性和阀值;(4)神经元的输入输出有固定的时间滞后，主要取决于突触延搁;(5)忽略时间整合及不应期;(6)神经元是非时变的，即突触延时和突触强度均为常数。

显然，上述假定是对生物神经元信息处理过程的简化和概括。

以上内容可以由式(8.25)进行抽象和概括:地球物理反演教程其中:xi(t)表示t时刻神经元j接受到来自神经元i的信息输入;oj(t)表示t时刻神经元j的输出;τij为输入输出间的突触时延;Tj为神经元j的阀值;wij为神经元i到神经元j的突触连接系数或权值;f{ }为神经元的转移函数，有时又称激励函数。

为简单起见，将上式中的突触时延取为单位时间，则式(8.25)变为地球物理反演教程上式描述的神经元数学模型全面表达了神经元模型的6点假设。xi(t)有多个，而oj(t)只有一个，体现了“多输入单输出”。

权重值wij的正负体现了“突触的兴奋和抑制”。输入总和net'j(t)称为神经元在t时刻的净输入:地球物理反演教程上式体现了神经元j的“空间整合性”而忽略了“时间整合作用和不应期”。

当net'j(t)-Tj＞0时，神经元才被激活。oj(t+1)与xi(t)的单位时间差代表所有神经元具有相同的、恒定的工作节律，对应于“突触延搁”。wij与时间无关，体现了“非时变”。

谷歌人工智能写作项目：神经网络伪原创

人工神经元网络的拓扑结构主要有哪几种？谢谢大侠~~~

神经网络的拓扑结构包括网络层数、各层神经元数量以及各神经元之间相互连接的方式文案狗。人工神经网络的模型从其拓扑结构角度去看，可分为层次型和互连型。

层次型模型是将神经网络分为输入层（Input Layer）、隐层（Hidden Layer）和输出层（Output Layer），各层顺序连接。

其中，输入层神经元负责接收来自外界的输入信息，并将其传递给隐层神经元。隐层负责神经网络内部的信息处理、信息变换。通常会根据变换的需要，将隐层设计为一层或多层。

扩展资料：人工神经网络模型主要考虑网络连接的拓扑结构、神经元的特征、学习规则等。目前，已有近40种神经网络模型，其中有反传网络、感知器、自组织映射、Hopfield网络、波耳兹曼机、适应谐振理论等。

人工神经网络采用了与传统人工智能和信息处理技术完全不同的机理，克服了传统的基于逻辑符号的人工智能在处理直觉、非结构化信息方面的缺陷，具有自适应、自组织和实时学习的特点。

参考资料来源：百度百科-人工神经网络。

6 人工神经元模型是如何体现生物神经元的结构和信息处理机制的？

神经元: 神经元即神经细胞,是高度分化的细胞.具有感受刺激\传导冲动和整合信息的功能,是神经系统形态结构与功能的基本单位. 2,神经元的形态结构: 神经元是由细胞体和突起两部分组成. 3,神经元的分类:(1)按神经元突起数目分类:单极神经元,双极神经元,多极神经元 (2)按神经元功能分类:感觉神经元(传入神经元),运动神经元(传出神经元),联络神经元(中间神经元). ( 二 ) 神经纤维:神经纤维是由运动神经的轴突或感觉神经元的长树突(两者统称为轴素)与包在它外表的神经胶质细胞构成的. 神经纤维分有髓神经纤维和无髓神经纤维.。

人工神经网络评价法

人工神经元是人工神经网络的基本处理单元，而人工智能的一个重要组成部分又是人工神经网络。人工神经网络是模拟生物神经元系统的数学模型，接受信息主要是通过神经元来进行的。

首先，人工神经元利用连接强度将产生的信号扩大；然后，接收到所有与之相连的神经元输出的加权累积；最后，将神经元与加权总和一一比较，当比阈值大时，则激活人工神经元，信号被输送至与它连接的上一层的神经元，反之则不行。

人工神经网络的一个重要模型就是反向传播模型(Back-Propagation Model)(简称BP模型)。

对于一个拥有n个输入节点、m个输出节点的反向传播网络，可将输入到输出的关系看作n维空间到m维空间的映射。由于网络中含有大量非线性节点，所以可具有高度非线性。

(一)神经网络评价法的步骤利用神经网络对复垦潜力进行评价的目的就是对某个指标的输入产生一个预期的评价结果，在此过程中需要对网络的连接弧权值进行不断的调整。(1)初始化所有连接弧的权值。

为了保证网络不会出现饱和及反常的情况，一般将其设置为较小的随机数。(2)在网络中输入一组训练数据，并对网络的输出值进行计算。

(3)对期望值与输出值之间的偏差进行计算，再从输出层逆向计算到第一隐含层，调整各条弧的权值，使其往减少该偏差的方向发展。

(4)重复以上几个步骤，对训练集中的各组训练数据反复计算，直至二者的偏差达到能够被认可的程度为止。(二)人工神经网络模型的建立(1)确定输入层个数。

根据评价对象的实际情况，输入层的个数就是所选择的评价指标数。(2)确定隐含层数。

通常最为理想的神经网络只具有一个隐含层，输入的信号能够被隐含节点分离，然后组合成新的向量，其运算快速，可让复杂的事物简单化，减少不必要的麻烦。(3)确定隐含层节点数。

按照经验公式：灾害损毁土地复垦式中：j——隐含层的个数；n——输入层的个数；m——输出层的个数。人工神经网络模型结构如图5-2。

图5-2人工神经网络结构图(据周丽晖，2004)(三)人工神经网络的计算输入被评价对象的指标信息(X1，X2，X3，…，Xn)，计算实际输出值Yj。

灾害损毁土地复垦比较已知输出与计算输出，修改K层节点的权值和阈值。灾害损毁土地复垦式中：wij——K-1层结点j的连接权值和阈值；η——系数(0＜η＜1)；Xi——结点i的输出。

输出结果：Cj＝yj(1-yj)(dj-yj) (5-21)式中：yj——结点j的实际输出值；dj——结点j的期望输出值。

因为无法对隐含结点的输出进行比较，可推算出：灾害损毁土地复垦式中：Xj——结点j的实际输出值。

它是一个轮番代替的过程，每次的迭代都将W值调整，这样经过反复更替，直到计算输出值与期望输出值的偏差在允许值范围内才能停止。

利用人工神经网络法对复垦潜力进行评价，实际上就是将土地复垦影响评价因子与复垦潜力之间的映射关系建立起来。

只要选择的网络结构合适，利用人工神经网络函数的逼近性，就能无限接近上述映射关系，所以采用人工神经网络法进行灾毁土地复垦潜力评价是适宜的。

(四)人工神经网络方法的优缺点人工神经网络方法与其他方法相比具有如下优点：(1)它是利用最优训练原则进行重复计算，不停地调试神经网络结构，直至得到一个相对稳定的结果。

所以，采取此方法进行复垦潜力评价可以消除很多人为主观因素，保证了复垦潜力评价结果的真实性和客观性。(2)得到的评价结果误差相对较小，通过反复迭代减少系统误差，可满足任何精度要求。

(3)动态性好，通过增加参比样本的数量和随着时间不断推移，能够实现动态追踪比较和更深层次的学习。

(4)它以非线性函数为基础，与复杂的非线性动态经济系统更贴近，能够更加真实、更为准确地反映出灾毁土地复垦潜力，比传统评价方法更适用。

但是人工神经网络也存在一定的不足：(1)人工神经网络算法是采取最优化算法，通过迭代计算对连接各神经元之间的权值不断地调整，直到达到全局最优化。

但误差曲面相当复杂，在计算过程中一不小心就会使神经网络陷入局部最小点。

(2)误差通过输出层逆向传播，隐含层越多，逆向传播偏差在接近输入层时就越不准确，评价效率在一定程度上也受到影响，收敛速度不及时的情况就容易出现，从而造成个别区域的复垦潜力评价结果出现偏离。

神经网络算法原理

4.2.1 概述人工神经网络的研究与计算机的研究几乎是同步发展的。

1943年心理学家McCulloch和数学家Pitts合作提出了形式神经元的数学模型，20世纪50年代末，Rosenblatt提出了感知器模型，1982年，Hopfiled引入了能量函数的概念提出了神经网络的一种数学模型，1986年，Rumelhart及LeCun等学者提出了多层感知器的反向传播算法等。

神经网络技术在众多研究者的努力下，理论上日趋完善，算法种类不断增加。目前，有关神经网络的理论研究成果很多，出版了不少有关基础理论的著作，并且现在仍是全球非线性科学研究的热点之一。

神经网络是一种通过模拟人的大脑神经结构去实现人脑智能活动功能的信息处理系统，它具有人脑的基本功能，但又不是人脑的真实写照。它是人脑的一种抽象、简化和模拟模型，故称之为人工神经网络（边肇祺，2000）。

人工神经元是神经网络的节点，是神经网络的最重要组成部分之一。目前，有关神经元的模型种类繁多，最常用最简单的模型是由阈值函数、Sigmoid 函数构成的模型（图 4-3）。

图4-3 人工神经元与两种常见的输出函数神经网络学习及识别方法最初是借鉴人脑神经元的学习识别过程提出的。

输入参数好比神经元接收信号，通过一定的权值（相当于刺激神经兴奋的强度）与神经元相连，这一过程有些类似于多元线性回归，但模拟的非线性特征是通过下一步骤体现的，即通过设定一阈值（神经元兴奋极限）来确定神经元的兴奋模式，经输出运算得到输出结果。

经过大量样本进入网络系统学习训练之后，连接输入信号与神经元之间的权值达到稳定并可最大限度地符合已经经过训练的学习样本。

在被确认网络结构的合理性和学习效果的高精度之后，将待预测样本输入参数代入网络，达到参数预测的目的。

4.2.2 反向传播算法（BP法）发展到目前为止，神经网络模型不下十几种，如前馈神经网络、感知器、Hopfiled 网络、径向基函数网络、反向传播算法（BP法）等，但在储层参数反演方面，目前比较成熟比较流行的网络类型是误差反向传播神经网络（BP-ANN）。

BP网络是在前馈神经网络的基础上发展起来的，始终有一个输入层（它包含的节点对应于每个输入变量）和一个输出层（它包含的节点对应于每个输出值），以及至少有一个具有任意节点数的隐含层（又称中间层）。

在 BP-ANN中，相邻层的节点通过一个任意初始权值全部相连，但同一层内各节点间互不相连。

对于 BP-ANN，隐含层和输出层节点的基函数必须是连续的、单调递增的，当输入趋于正或负无穷大时，它应该接近于某一固定值，也就是说，基函数为“S”型（Kosko，1992）。

BP-ANN 的训练是一个监督学习过程，涉及两个数据集，即训练数据集和监督数据集。

给网络的输入层提供一组输入信息，使其通过网络而在输出层上产生逼近期望输出的过程，称之为网络的学习，或称对网络进行训练，实现这一步骤的方法则称为学习算法。

BP网络的学习过程包括两个阶段：第一个阶段是正向过程，将输入变量通过输入层经隐层逐层计算各单元的输出值；第二阶段是反向传播过程，由输出误差逐层向前算出隐层各单元的误差，并用此误差修正前层权值。

误差信息通过网络反向传播，遵循误差逐步降低的原则来调整权值，直到达到满意的输出为止。

网络经过学习以后，一组合适的、稳定的权值连接权被固定下来，将待预测样本作为输入层参数，网络经过向前传播便可以得到输出结果，这就是网络的预测。

反向传播算法主要步骤如下：首先选定权系数初始值，然后重复下述过程直至收敛（对各样本依次计算）。

（1）从前向后各层计算各单元Oj储层特征研究与预测（2）对输出层计算δj储层特征研究与预测（3）从后向前计算各隐层δj储层特征研究与预测（4）计算并保存各权值修正量储层特征研究与预测（5）修正权值储层特征研究与预测以上算法是对每个样本作权值修正，也可以对各个样本计算δj后求和，按总误差修正权值。