LabVIEW中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的實(shí)現及應用
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LabVIEW是美國NI公司開(kāi)發(fā)的高效圖形化虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺，它的圖形化編程具有直觀(guān)、簡(jiǎn)便、快速、易于開(kāi)發(fā)和維護等優(yōu)點(diǎn)，在虛擬儀器設計和測控系統開(kāi)發(fā)等相關(guān)領(lǐng)域得到了日益廣泛的應用，它無(wú)需任何文本程序代碼，而是把復雜、繁瑣的語(yǔ)言編程簡(jiǎn)化成圖形，用線(xiàn)條把各種圖形連接起來(lái)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )屬于前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，它廣泛應用函數逼近、模式識別、分類(lèi)和數據壓縮等領(lǐng)域，若將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )與虛擬儀器有機結合，則可以為提高虛擬儀器測控系統的性能提供重要的依據。
1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )學(xué)習算法
BP模型是一種應用最廣泛的多層前向拓撲結構，以三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )作為理論依據進(jìn)行編程，它由輸入層、隱層和輸出層構成。設輸入層神經(jīng)元個(gè)數為I，隱層神經(jīng)元個(gè)數為J，輸出層神經(jīng)元個(gè)數為K，學(xué)習樣本有N個(gè)(x，Y，)向量，表示為：輸入向量X{x1，x2，…，xI}，輸出向量l，{Y1，Y2，…，Yx)，理想輸出向量為T(mén){tl，t2，…，tK}。
(1)輸入層節點(diǎn)i，其輸出等于xi(i=1，2，…，I，將控制變量值傳輸到隱含層，則隱層第j個(gè)神經(jīng)元的輸入：
其中：Wji是隱層第J個(gè)神經(jīng)元到輸入層第i個(gè)神經(jīng)元的連接權值。
(2)隱層第J個(gè)神經(jīng)元的輸出：
(3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )輸出層，第k個(gè)神經(jīng)元的輸入為：
其中：Vkj是輸出層第k個(gè)神經(jīng)元到隱層第j個(gè)神經(jīng)元的連接權值。
(4)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )輸出層，第志個(gè)神經(jīng)元的輸出為：
(5)設定網(wǎng)絡(luò )誤差函數E：
(6)輸出層到隱層的連接權值調整量△Vkj：
(7)隱層到輸入層的連接權值調整量wji：
2 用LabVlEW實(shí)現BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的兩種方法
用LabVIEw實(shí)現BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的兩種方法為：
(1)由于Matlab具有強大的數學(xué)運算能力以及在測控領(lǐng)域的廣泛應用。在LabVIEW中提供了MatlabScript節點(diǎn)，用戶(hù)可在節點(diǎn)中編輯Matlab程序，并在Lab―VIEW中運行；也可以在LabVIEW程序運行時(shí)直接調用已經(jīng)存在的Matlab程序，如使用節點(diǎn)則必須在系統中安裝：Matlab5以上版本，在寫(xiě)入Matlab節點(diǎn)前要將程序先調試通過(guò)，并確保其中變量的數據類(lèi)型匹配。
(2)由于LabVIEW的圖形程序是獨立于運行平臺的，而且是一種數據驅動(dòng)的語(yǔ)言，可以方便地實(shí)現算法且易修改，結合其SubVI技術(shù)可以增加程序的利用率，因此可以采用圖形編程的方法實(shí)現前向網(wǎng)絡(luò )的算法。
2．1 利用Matlab Scriipt節點(diǎn)實(shí)現
在此以對一個(gè)非線(xiàn)性函數的逼近作為例子來(lái)說(shuō)明實(shí)現流程，其中輸入矢量p=[一1：O．05：1]；目標矢量f―sin(2。pi*p)+0．1randn(size(p))。利用．Mat―lab Script節點(diǎn)實(shí)現BP算法的過(guò)程如下：
(1)新建一個(gè)LabVIEw vi，在框圖程序中添加Matlab Script節點(diǎn)。
(2)在節點(diǎn)內添加Matlab的動(dòng)量BP算法實(shí)現代碼，并分別在節點(diǎn)左右邊框分別添加對應的輸入／輸出參數，如圖1所示。
(3)在vi的前面板添加相應的控件，設置輸入參數，連接輸出控件。執行程序，結果如圖2、圖3所示。
此方法能夠直接利用Matlab強大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )工具箱，程序運行時(shí)會(huì )自動(dòng)調用系統中已安裝的Matlab進(jìn)行計算，不用進(jìn)行復雜的編程，開(kāi)發(fā)效率很高。
2．2 利用圖形編程實(shí)現
LabVIEw是美國NI公司推出的基于圖形化編程的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具，它無(wú)需任何文本程序代碼，而是把復雜、繁瑣的語(yǔ)言編程簡(jiǎn)化成圖形，用線(xiàn)條把各種圖形連接起來(lái)。在此以一個(gè)設備狀態(tài)分類(lèi)器設計作為例子來(lái)說(shuō)明實(shí)現流程輸入，該設備有8個(gè)輸入分量，即溫度、濕度等外部條件；而輸出狀態(tài)則有3種，分別為正常、偏小、偏大。這里采用12個(gè)訓練樣本，每個(gè)樣本有8個(gè)分量，3類(lèi)輸出分別編碼為(O 1)，(1 0)，(1 1)，以下即為輸入樣本及標準輸出數據(見(jiàn)圖4、圖5)。
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