[發(fā)明專利]基于改進(jìn)細(xì)菌覓食算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011038665.3
• 申請(qǐng)日: 2020-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN112132280A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱少明;王雪珂;杜秀麗;呂亞娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連大學(xué)
• 主分類號(hào): G06N3/08
• 分類號(hào): G06N3/08
• 代理公司: 大連智高專利事務(wù)所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 畢進(jìn)

1.基于改進(jìn)細(xì)菌覓食算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，其特征在于，包括：

確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定；

初始化細(xì)菌的位置，根據(jù)訓(xùn)練樣本集和測(cè)試樣本集設(shè)定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)輸入和目標(biāo)輸出；

將細(xì)菌分量轉(zhuǎn)化為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值，初始化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并輸入訓(xùn)練樣本集數(shù)據(jù)，獲取適應(yīng)度值；

對(duì)細(xì)菌進(jìn)行翻轉(zhuǎn)操作，獲取翻轉(zhuǎn)一次后的適應(yīng)度值，若適應(yīng)度值變好，細(xì)菌則按照翻轉(zhuǎn)方向移動(dòng)相應(yīng)的步長(zhǎng)，直到適應(yīng)值不再改善或達(dá)到游動(dòng)次數(shù)Ns為止，一次趨化操作完成，重復(fù)該步驟，直至達(dá)到趨化次數(shù)Nc后，趨化操作結(jié)束；

獲取細(xì)菌能量，淘汰細(xì)菌能量較差的一半，繁殖較好的另一半，子細(xì)菌具有和母細(xì)菌相同的位置和步長(zhǎng)，一次繁殖操作完成；再返回進(jìn)行趨化操作，達(dá)到Nre后，繁殖操作結(jié)束；

獲取當(dāng)前細(xì)菌的信息素濃度，計(jì)算轉(zhuǎn)移概率P_i，更新細(xì)菌位置，得到更新后的適應(yīng)度值，再返回進(jìn)行趨化操作，達(dá)到遷移次數(shù)Ned后，遷移操作結(jié)束；

得出群體最優(yōu)解，將所述最優(yōu)解轉(zhuǎn)化為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于改進(jìn)細(xì)菌覓食算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，其特征在于，確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，具體包括：根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，設(shè)定輸入層、隱含層和輸出層神經(jīng)元個(gè)數(shù)，確定傳遞函數(shù)、輸出函數(shù)、訓(xùn)練精度；對(duì)細(xì)菌規(guī)模數(shù)S，遷移次數(shù)Ned、繁殖次數(shù)Nre、趨化次數(shù)Nc，游動(dòng)次數(shù)Ns，遷移概率Ped參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于改進(jìn)細(xì)菌覓食算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，其特征在于，初始化細(xì)菌的位置的方式為，

X＝X_min+rand*(X_max-X_min)

其中，X_max、X_min是在目標(biāo)函數(shù)中X取值范圍的上限和下限；rand是均勻分布在0-1之間的隨機(jī)數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于改進(jìn)細(xì)菌覓食算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，其特征在于，獲取適應(yīng)度值的方式為，

其中：d_k是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出，t_k是目標(biāo)輸出，m是輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)，n是訓(xùn)練集樣本數(shù)，a、b均為計(jì)數(shù)變量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于改進(jìn)細(xì)菌覓食算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，其特征在于，對(duì)細(xì)菌進(jìn)行翻轉(zhuǎn)操作的方式為，

其中，P(i,j,k,l)表示第i個(gè)細(xì)菌的空間位置向量，j表示第j代趨化循環(huán)，k表示第k代繁殖循環(huán)，l表示第l代遷移循環(huán)；C(i)表示按選定的方向游動(dòng)的步長(zhǎng)，Δ(i)為隨意翻轉(zhuǎn)生成的隨機(jī)向量，表示進(jìn)行方向調(diào)整后選定的方向。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于改進(jìn)細(xì)菌覓食算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，其特征在于，獲取翻轉(zhuǎn)一次后的適應(yīng)度值的方式為，

J(i,j+1,k,l)＝J(i,j,k,l)+J_cc(θⁱ,(j+1,k,l),P(i,j,k,l))

其中，J_cc是細(xì)菌感知適應(yīng)度值，引入細(xì)菌感知機(jī)制后，計(jì)算細(xì)菌適應(yīng)度需疊加J_cc值。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于改進(jìn)細(xì)菌覓食算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，其特征在于，獲取細(xì)菌能量的方式為，