一种基于遗传算法的BP神经网络算法及其应用_王崇骏

1、 464 南京大 学学报 ( 自然科学 第 3 9 卷 魏 刹 醋 撅瘾 熟瘾麟撇熬 麒碳撇豹撇瞬雄 攀 豁攀鹦濒 甭摘 衣 妇 翻套 瘾 俞 丽 巍翩 少 一 , 一 一 一 . . . 一 . 一 一 万 于 _ ; - - 一 汉 ? - 二 二 ; , : 一 一 - 一 - - 一 图2 R 基于 g 2 · P B A 一 GA 神 经 网 络 的诊 断界面 r es u l t b a班 月 o n BP 一 GA . 从表 96 % , 1 可 以看 出 系 统总 的 诊断 正 确率 达 到 了 9 0 , , , , , % 以上 : 此 外 还 分 别 对 鳞癌

2、细胞 图 像 , . 、 腺癌 细 胞 图 像 和 小 细 胞 癌 细 胞 图 像 进 行 了测 试 其 结 果 为 鳞 癌 细 胞 的 识别 率 最 高 约 为 腺 癌细 胞 次之 约 为 8 9 % 小 细 胞癌 细 胞 最 低 约 为 8 3 % 约有 1 0 % 一1 3 % 的 非癌 细 , 0 胞 被 误识 别 为癌细 胞 也 就是 说 系统 的 假 阳性 率 约 为 1 、 , . % 一 1 3 % . 这 些 被误 识 别 的 癌细 胞 , 主 要 包括 一 些 杂质 染 色 的染 料及 一 些 正 常 的细胞 它 们 在 形 状 和 颜 色 上 与 癌 细 胞 很 相 似

3、. 说 明该 系 统 还需 在 图像 预处 理 方 面进 行提 高 3 2 性能 比 较 为 了 比较 B P 一 G A 算 法 和 B P 算法 的 异 同 我们 将两 种 算法 的 学 习 情况 作 , 了 实验 比较 . 在 进行 胞 隐含 层 在进行 . BP 算法 实验 时 选用 的 样本 数是 5 0 5 , . , , 学习 速 率 。 = . 0 7 , 月= 4 . 0 7 , 4 输人层 结 点 1 个 ( 共有 1 4 个 特 征 点 输 出层 共 有 5 个 结 点 ( 分 别对 应 上 面 所 述 的 , 种 癌细 胞和 正 常细 . 9 个 0 2 , 0 交换

4、概率 p = 0 7 变 异概 率 P m = 算 法 实验 时 选 用 的样 本数 是 5 5 4 个 输 出层 结 点 5 个 隐含 层 9 个 种群规 模 3 0 个 输 人层 结点 1 两 种算 法 的学 习情 况 如 图 3 和 4 所 示 图 3 是 采 用 B P 算 法进 行 网 络训 练 时 的 学 习 过 BP GA , , , . 一 , , , , 程 其 中纵 坐 标 表 示 每次 训 练时 的平 均误 差 横 坐 标 是 训 练 次数 图 , , , . 4 是 采用 , BP 一 GA 算法 . 进行 网 络 训 练 时的学 习 过 程 其 中纵坐 标 表示 每次

5、 训 练 时的平 均 误 差 横 坐 标 是 训 练 次 数 由图 3 和 图 BP 一 4 可 以看 到 , P 算 法 在迭 代 到 3 B . 00 , 次 以后 趋 于 收 敛 但 仍 然 存 在 锯齿 现 象 ;, “ ” , , “ B P 一 G A 算法 在 迭 代 生 成 GA 6 代 以后 就 已经 收敛 而 且 不 存在 锯齿 现 象 2 显 然 在 收 敛方 面 , 优越 于 BP 算法 第 5期 王 崇骏 等 基 于 遗 传算 法的 B P 神经网 络算法 4 5 , 月 民 . r 1 洲 0 ùj,1 s 1O . . ù. . BP n s

6、. 内 一门 卜 口 色 口 一 一 目 上 天 八 一 之兰 | 次数 3 00 0 4 0 00 0 10 次数 20 30 40 50 0 7 0 0 0 100 8 6 算 法 学 习 过 程 误 差 曲线 nr . 图 4 R 4 . P B 一 A . 算 法 学 习 过 程 误 差 曲线 坦四 r u r BP r r BP 一 A 已 u 刀 算法 收敛后 的 误差为 0 2 左右 而 B P 算 法趋 于 收敛后 的误 差 在 0 2 0 左 右 经 过 分析 我们认 为这 主要 是 B P 一 G A 算法 实 现 时 使 用 的 种 群 规 模 偏 小造 成 的 在 扩大

7、种 群规模 后 这 个误 差 可 以 缩 小 但是 应 当 注意 到 由 于 B P 一 G A 算 法 在扩 大 但 是 应 当注 意 到 . , P B 一 , . GA , , , , . , 种群 规 模 的 时 候 其 用 于 存 储染色 体的 存储 空间 直 线变 大 对 于 网 络结 构 比较 复 杂 的神 经 网 , , 络更是 如此 这 也是 该算法 的一 个 缺点 有 待于 改 进 4 , , . 结束 语 GA和 NN , , . 都 是基 于 生 物学 基 础上 的 科 学 研 究 成 果 但 两 者 的 本 质是 不 同 的 将 其进 行 结 合研究 一 是 希望 借

8、 鉴二 者 的长 处 寻找 一 条求解 复杂问 题 的 途径 ; 另一 方 面 也 借助 两 者 的结 合 使人 们 更 好地 理解进 化和 学 习 的相互 关系 以便 改 进 神经 网 络 的不 足 , , , , . 根据 本文 研 究 的 结果 表 明 : , GA 和 N N 结 合 的 效果 很好 而 且 这 在 生 物学 上 是 有 相 应 的 . , 理 论解 释的 细 胞凋 亡学 术 界认为 许 多细胞 在发 育 的 过程 中会 因 为外 在 的原 因 ( 对 应 于 神经 网 络 中 的 样本 输 人 和 内在 的某种机制 ( 对应 于 神 经 元 特性 函 数 导 致 该

9、细 胞 程 序 性 死 亡 从 进 化意 义 上而 言 这是 该细 胞 不 适 应 环境 的结果 在 人 体 的机 体 组织 发 展过 程 中 就 体现在 许 多 以 前该 细 胞承 担 的功 能没 有 了或减 弱 了 这 与本 文 , . , , , BP 一 GA 算 法 中提 到 的 用 G A 调整 权 , 值 结果 是 一 样 的 本 文 的 研究 结果表 明细 胞 凋亡 理 论 与神 经 网 络 的学 习互 相 结 合 是很 有 研究 价值 和 应 用 前景 的 . rJ . ù l 工 L . r l 1 一 1 八 勺 . ú飞 ,J , J 卫 . . H

10、 u 出lg P W M , L i p l n . la n n R P . Ne u r a l n e t r d it io l n d ta a n a ln s t it u t io n n e u e l l s a , f i眺 . A xl ( . 1 L i p Pm r 。 呢 孙 t c o N tt w e e y o r k : A n l e找 t n a c i明 f P h 邓 ie s o tw o r 19 88 : 38 7 一 33 9 r n o s e D . N e L1 r a 1 In f ( r n u t io n n a , R P

11、. . P a r n e , la a s i fi c io n u s r l a de l a n e k s . I E E E C冶 r n r e l u n ic a t io n z e M a g ln , 1 989 , 27 ( 11 : 47一64 谈川 g K 1 J a b W ie l A H , 凡no n t 3 ( 1 : G E . A ti . e m - y n e t Ne u r a l N e t r o w S k 19 9 0 , 2 3 一 44 r o w k a r e h it c e t u r O f i 匀 la t 司 w

12、o r d r eo o g l l it i n o . · · 南 京大学学报 自然科学 , 第 , 卷 n e 卜 叭万 k , 【 t I N L , C he n S F g . R e h 1 r : e c Qg n l t n o i . ( 7 8 一92 ( 陆新泉 李 , f o lu n r e c h s . n o J o a pp lc a it f n o o 卫 11 P n 犯p r h o l呢 i司 。 lo r fa e t l e 明词 . f G o 、 t u e 卜越d s in 司 De n d Q g a m p 朋d

13、nu e t r l a t o u r Ga e r Phi c s 20 1 ( , 3 1 . 宁 陈 世 福 形 态 颜色 特 征及 神 经 网 络 在 肺 癌 细 胞识 别 中 的 应 用 研究 , , 计算 机 辅 助 设计 与 图形 学学 报 5 Ji a n g Y , 20 0 1 13 ( 1 : 87 一 92 , . z ho u Z H , x ie Q , e t 以 . A p p li a c t io n f o , t e n , f Na Jo u m以 o j n 神 经 网络集成 在 肺癌 细 胞识 别 中的应用 南京大学 学 报 ( 自然 科学 【

14、6 卜O r l l ik K M Ne u l N r a e . 吨U n S c t i S k , t y (N M , r t u a 以豁 . . 20 0 1 r o w k : 7 ( 3 5 52 9 l s n e b le i n lu 眼 一 53 4 , . n a c ( 姜 远 周志 华 谢 , , r e ee l id e n t ii f · o t in a c 琪等 . 2 0 1 37 r , (5 v : 52 9 一 5 34 . , h t 7 Jd u N e t d J 5 r o w L 1 98 9 in : e b , t H

15、 W h ie . u t l M li a ye r f 以妇允 2 (2 o r : 35 9 一 3 6 6 . t ls d n t e o w s k r i e a n u n 1 a pp o r x i · n r a r t s o a e a r lli 昭 , n e t w r d s 15 h a k . P r 喇i o c n gs f o t he IEE E In t e r n a t io 几目 食 fer e n ee n o N er u l o w I r k S , 19 87 2 68 5 一 6 9 2 . 8 压 山 9 Zh e

16、u E B , 止 目e 卜 肠 r D , wh a , t t e 叙n 5 F . g i s 咸d e v R g 即 曰a l 远ti m ? t , N o n l 段即囚 a a t im a , 19 89 , 1 ( 1 : 15 1 一 1印 n e . Z H o Ch e n Z Q i C h o l Jo r a u n f N 咧 i呢 基 于 域理 论 的 自适 应 谐 振 神 经 网 络研究 0 Z ho 1 【 u 饰 S F , it y l 段i s r a (Na tu n e e c . r s e c a h o f , f e i l d 2 0

17、0 h 叮y 36 , l刀 撇 1 : da p i t v e l u r a , n e t 明兀 r k . (2 h 140 一 14 7 , . ( 周 志华 陈 兆 乾 陈 世 福 , 南 京大学学报 ( 自然 科学 t c i s 甲 20 0 c pi r o , . 36 ( 2 巧y t : 14 0 一 14 7 . Z H n o r , Ch e n n Ce h 妇in , 2 Q g s . A t t is s a e b n o 1即 pp oa c x r e o f t ta r ti n g r l u s e e n e e f n eu r l a

18、 t e , o w D . r . S k : R 仪a f o , t h IE EE IN N S E N N S . n I e r n 月 t io n l a Jio n t o 刀 fe r n o n t 而n 目 e u ra N l k S t e w N 11 & h a 【 r J e f It l y a Q翔 c 。 2 ( 0 0 3 : 4 0 1一 40 6 th e Prc o 喇g s n i n f o l ih b s r h T , id r , I n t e r n a ti . a l Cb n fe r e n c e n o C掩n e t i。 月 g 万 i t lu C七n e