神经网络农业机械论文

2022-09-21 15:24:29 来源:写作指导

神经网络农业机械论文

1基于遗传算法的BP神经网络

但当BP神经网络应用于预测模型尤其对于未来增长趋势比较明显的预测模型时,虽然其收敛精度较高,但其值域范围受限导致训练样本拟合函数与预测数据有较大差异,导致其局部搜索能力较强但全局搜索能力较差,易陷入局部最优值。本文通过引入遗传算法,发挥该算法全局搜索能力较强的特点,对BP神经网络权值和阈值进行预优化,赋予各层较佳输出解空间,发挥BP神经网络局部搜索能力强的特点,实现强强联合,提高时间序列预测的精准度。

1.1BP神经网络

BP(BackPropagationnetwork)神经网络是当今预测领域应用最广泛的一种神经网络算法。BP神经网络由3层组成:输入层、隐含层和输出层。每一层中都包含若干节点(神经元),不同层之间节点通过权值进行全连接,同层节点之间无连接。其中,隐含层可为多层,实际应用过程中有一个隐含层的三层神经网络结构即可实现非线性函数拟合。

1.2遗传算法

本文中的优化对象为BP神经网络各层间权值和阈值。因此,在种群初始化时,遗传算法采用常用的二进制编码,并由农业机械数量的历史样本数目确定遗传算法将优化的参数(权值和阈值)个数,从而确定种群的编码长度。因BP神经网络隐含层神经元采用S型传递函数,为减小计算误差,减少或避免计算结果落入局部最小值,权值和阈值应避免选择区间内较小和较大数值,选择在[-0.5,0.5]区间内的随机数。遗传算法计算流程。

2预测结果与分析

本文采用基于遗传算法的BP神经网络,以我国从1997-2013年的农业机械数量为基础数据进行训练和测试和预测。其中,遗传算法群体规模M=50,交叉概率pc=0.6,变异概率pm=0.01,BP神经网络权值阈值取值空间为[-0.5,0.5],训练次数为1000,训练目标为0.01,学习速率为0.1。我国在1997-2013年期间的农机总动力、农用大中型拖拉机数量和小型拖拉机数量的预测值与历史样本数据之间的绝对值平绝误差分别为1.080%、1.352%和1.765%。由此看出,使用基于遗传算法的BP神经网络对于以农业机械数量为预测对象的时间序列预测模型的预测精度较好,预测精度稳定性较佳。从预测误差可以看出,本文所使用的BP神经网络在预测本时间序列模型时,基本避免运算结果落入局部最小值,收敛性能较好,与前文中遗传算法和BP神经网络优势互补、强强联合的理论设想较为一致。2014年我国农机总动力、农用大中型拖拉机数量和小型拖拉机数量的预测结果来看,该预测结果与2013年度数值比较有较大增长,但增长幅度有所下降。预计到2014年,我国农机总动力、大中型拖拉机数量和小型拖拉机数量分别为11.251×108kW、587.012万台和2043.201万台,与1997年相比分别增加了167.86%、751.96%和94.87%,与2013年相比分别增加了4.17%、10.75%和2.16%。其中,2014年农机总动力和小型拖拉机数量增长率分别小于2013年的增长率5.88%和3.3%,农用大中型拖拉机数量增长率大于2013年的增长率9.19%。由于我国在2004年出台了一系列鼓励提高农业机械化的法律、政策、法规,中央财政农机购置补贴资金投入连年大幅增加,极大地调动了农民购机的积极性和企业生产的积极性,促进我国农机装备总量持续增长和农机结构优化。随着跨区作业和农业生产合作社的逐步发展,有效提高了农用大中型拖拉机在农业生产中的的利用率,降低了农民劳动强度,提高生产效率,因而其近几年的保有量有较大增幅。小型拖拉机受农业产业结构调整和农业机械大型化的影响,其近几年的保有量增幅逐年降低。

3结论

在分析全国农业机械装备数量的时间序列预测模型的基础上,提出遗传算法与BP神经网络相结合,发挥遗传算法全局搜索能力较强的优点,减少和避免出现BP神经网络在时间序列预测过程中运算结果落入局部最小值,最大程度地发挥神经网络精度高、可自主学习和对非线性函数具有良好适应能力等优势。预测结果表明,利用遗传算法与BP神经网络相结合的方法预测全国农业机械装备数量,农机总动力预测值与实际值最大误差3.542%、农用大中型拖拉机数量预测值与实际值最大误差4.132%和小型拖拉机数量预测值与实际值最大误差6.021%,预测值与历史样本数据之间的绝对值平均误差分别为1.080%、1.352%和1.765%,预测精度较稳定,适用本文本时间序列预测问题。

作者:王笑岩 王石 周琪 单位:朝阳师范高等专科学校数学计算机系 沈阳工程学院机械学院 渤海大学数理学院