秦 悅，張慶偉

(大連民族學(xué)院機(jī)電信息工程學(xué)院學(xué)生，遼寧大連 116605)

動(dòng)態(tài)隱神經(jīng)元BP網(wǎng)絡(luò)的多氣體分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)

秦 悅，張慶偉

(大連民族學(xué)院機(jī)電信息工程學(xué)院學(xué)生，遼寧大連 116605)

目前，甲醛、甲苯所造成的室內(nèi)空氣、大氣環(huán)境的污染已引起人們的廣泛關(guān)注，對(duì)這些氣體的低濃度識(shí)別與檢測(cè)一直是人們最為關(guān)心的話題［1］。氣敏傳感器陣列模式識(shí)別技術(shù)的基本原理是將不同選擇性的氣敏元件組成傳感器陣列，用它測(cè)量多種氣體得到一組響應(yīng)數(shù)據(jù)，建立線性響應(yīng)方程組，并根據(jù)線性方程組的不同解法解此方程組，可以識(shí)別氣體種類和組成成分［2－3］。

1 BP結(jié)構(gòu)

圖1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

2 實(shí)驗(yàn)方法

將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的18組數(shù)據(jù)分為兩組進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化處理，其中偶數(shù)組作為訓(xùn)練組，奇數(shù)組作為測(cè)試組。在MATLAB環(huán)境下通過newff函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其中網(wǎng)絡(luò)的輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)為6，輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)為3，隱含層神經(jīng)元數(shù)設(shè)為動(dòng)態(tài)變量，其范圍為3～13，由sim函數(shù)對(duì)開始數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練與仿真。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過一定時(shí)間的訓(xùn)練后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足要求，訓(xùn)練停止，訓(xùn)練結(jié)果如圖2。

圖2 定性分析訓(xùn)練結(jié)果

訓(xùn)練完成后可得到不同隱含層神經(jīng)元個(gè)數(shù)下對(duì)三種氣體的識(shí)別誤差，其訓(xùn)練結(jié)果見表1。

表1 隱含層神經(jīng)元數(shù)與實(shí)驗(yàn)誤差關(guān)系

采用4個(gè)隱含層神經(jīng)元，能使訓(xùn)練誤差TRI_P達(dá)到最小，最小值為2.29%，訓(xùn)練次數(shù)為1259，訓(xùn)練時(shí)間滿足實(shí)驗(yàn)要求。因此，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最佳隱含層神經(jīng)元數(shù)是4。

式中:Creal與Ctest分別表示濃度的真實(shí)值與預(yù)測(cè)值;M為樣本數(shù)。

將偶數(shù)組作為訓(xùn)練過的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入，氣體訓(xùn)練的辨識(shí)結(jié)果見表2。

表2 訓(xùn)練氣體辨識(shí)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，上述訓(xùn)練得到的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在干擾氣體存在條件下，能對(duì)單一微量氣體進(jìn)行定性識(shí)別。當(dāng)輸出大于0.7時(shí)即可識(shí)別，由式1得出該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)識(shí)別正確率RATE_P為100%。

式中:m為預(yù)測(cè)正確樣本數(shù);M為實(shí)際樣本數(shù)。

4 結(jié)語

從實(shí)際的MATLAB仿真結(jié)果看，基于MATLAB的動(dòng)態(tài)隱神經(jīng)元BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在氣體的定性識(shí)別方面取得了良好的效果，實(shí)驗(yàn)誤差與收斂速度均達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。BP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)過程中，適當(dāng)?shù)乃惴ǜ倪M(jìn)如動(dòng)態(tài)隱神經(jīng)元、增加動(dòng)向量等方法可在一定程度上改善BP算法，以達(dá)到提高測(cè)量精度的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)室內(nèi)家居中的甲醛等有害氣體的檢測(cè)具有實(shí)際意義，為微量有害氣體檢測(cè)提供依據(jù)。

［1］甘信華，石勇，林保國(guó).基于MATLAB的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.安徽化工，2008，35(5):59－61.

［2］林劍峰.動(dòng)態(tài)可重構(gòu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)及氣體識(shí)別方法研究［D］.大連:大連理工大學(xué)，2009.

［3］杜海英，王兢，張濤.基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的微量甲醛氣體識(shí)別方法［J］.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，29(1):52 －54.

TP183

A

1009－315X(2012)05－0523－02

2011－12－04;最后

2012－06－07

大連民族學(xué)院太陽鳥計(jì)劃資助項(xiàng)目(20110623);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(DC12010301)。

指導(dǎo)教師:杜海英(1978－)，女，遼寧大連人，講師，主要從事傳感器及檢測(cè)技術(shù)的研究。

(責(zé)任編輯 劉敏)