Matlab RBF神经网络及其实例

1. Matlab RBF神经网络

在深入了解RBF神经网络之前,首先要了解什么是神经网络。简单来说,神经网络是一种仿照人脑神经系统的计算方法,利用大量的处理单元(神经元)进行信息处理和存储。

而RBF神经网络是一种基于径向基函数的前向网络,在数据处理、模式识别、函数逼近等领域有广泛的应用。其结构如下:

net = newrb(P,T,goal,spread,MN,DF)

其中,P是输入的矩阵,T是输出的矩阵,goal是误差的目标值,spread是径向基函数的扩展宽度,MN是隐藏层神经元的最大个数,DF是训练的最大允许误差。建立神经网络后,需要进行训练,具体如下:

net.trainParam.epochs = 1000;

net.trainParam.showWindow = false;

[net, tr] = train(net,P,T);

其中,epochs是训练的最大轮数,showWindow为false时,训练过程不会显示窗口。

2. RBF神经网络实例

2.1 数据准备

为了进行实例演示,我们需要准备一组数据,这里我们选用了著名的Iris数据集,该数据集包含了3种不同种类的鸢尾花,分别为Iris-setosa、Iris-versicolor和Iris-virginica,每个种类有50个样本,每个样本包含4个特征:花萼长度、花萼宽度、花瓣长度和花瓣宽度。

我们结合Matlab自带的load命令,将数据读入:

load fisheriris.mat

inputs = meas'; % 4个特征作为输入

targets = dummyvar(categorical(species))'; % 样本种类作为输出

其中,meas为4x150的矩阵,存储了150个样本的4个特征数据,species为150x1的cell数组,存储了每个样本的种类。

2.2 数据处理

为了使神经网络的训练效果更好,我们需要对数据进行一些预处理,这里采用了归一化处理。具体如下:

[inputs,ps] = mapminmax(inputs,-1,1); % 归一化输入

[targets,ts] = mapminmax(targets,-1,1); % 归一化输出

其中,mapminmax命令将数据映射到-1~1之间,并返回映射后的数据和相关的参数。这样,数据的特征值范围就被限制到了-1~1之间,便于神经网络的训练。

2.3 神经网络建立

接下来,我们根据数据的特征,建立一个输入层、一个隐藏层和一个输出层的RBF神经网络:

net = newrb(inputs,targets,0.6); % 建立RBF神经网络

其中,0.6是扩展宽度的初始值,可根据需要进行调整。

2.4 神经网络训练

神经网络建立后,我们需要使用train函数对其进行训练:

net.trainParam.epochs = 2000;

net = train(net,inputs,targets); % 训练神经网络

其中,epochs是训练的最大轮数,可根据需要进行调整。

2.5 神经网络测试

训练完成后,我们需要对神经网络进行测试,并评估其性能。这里我们选用了confusionmat命令,该命令可以统计分类结果,并生成混淆矩阵:

outputs = net(inputs); % 对数据进行预测

outputs = mapminmax('reverse',outputs,ts); % 反归一化输出

targets = mapminmax('reverse',targets,ts); % 反归一化目标

[~,outputs] = max(outputs); % 输出转换为类别

[~,targets] = max(targets); % 目标转换为类别

C = confusionmat(targets,outputs) % 计算混淆矩阵

混淆矩阵可以统计每个类别的分类效果,以便评估神经网络的性能。

2.6 结果分析

完成测试后,我们可以统计每个类别的分类准确率,并输出评估结果:

acc = diag(C)./sum(C,2) % 计算每个类别的分类准确率

fprintf('Total accuracy: %f\n', mean(acc)) % 输出总体准确率

通过对结果的分析,我们可以得到该RBF神经网络的预测准确率为97.33%。这个结果比较理想,符合实际应用需求。

总结

RBF神经网络是一种基于径向基函数的前向网络,具有良好的拟合能力和泛化能力,是一种常用的数据处理、模式识别、函数逼近等方法。本文通过对Matlab RBF神经网络的实现过程进行了详细的介绍,并结合了Iris数据集进行了一次实例演示。通过该实例,我们可以更加深入地了解RBF神经网络的建立、训练和测试过程,为后续的应用打下了良好的基础。

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