人工神經網路需要多少樣本

1. BP人工神經網路

人工神經網路（artificialneuralnetwork，ANN）指由大量與自然神經系統相類似的神經元聯結而成的網路，是用工程技術手段模擬生物網路結構特徵和功能特徵的一類人工系統。神經網路不但具有處理數值數據的一般計算能力，而且還具有處理知識的思維、學習、記憶能力，它採用類似於「黑箱」的方法，通過學習和記憶，找出輸入、輸出變數之間的非線性關系（映射），在執行問題和求解時，將所獲取的數據輸入到已經訓練好的網路，依據網路學到的知識進行網路推理，得出合理的答案與結果。

岩土工程中的許多問題是非線性問題，變數之間的關系十分復雜，很難用確切的數學、力學模型來描述。工程現場實測數據的代表性與測點的位置、范圍和手段有關，有時很難滿足傳統統計方法所要求的統計條件和規律，加之岩土工程信息的復雜性和不確定性，因而運用神經網路方法實現岩土工程問題的求解是合適的。

BP神經網路模型是誤差反向傳播（BackPagation）網路模型的簡稱。它由輸入層、隱含層和輸出層組成。網路的學習過程就是對網路各層節點間連接權逐步修改的過程，這一過程由兩部分組成：正向傳播和反向傳播。正向傳播是輸入模式從輸入層經隱含層處理傳向輸出層；反向傳播是均方誤差信息從輸出層向輸入層傳播，將誤差信號沿原來的連接通路返回，通過修改各層神經元的權值，使得誤差信號最小。

BP神經網路模型在建立及應用過程中，主要存在的不足和建議有以下四個方面：

（1）對於神經網路，數據愈多，網路的訓練效果愈佳，也更能反映實際。但在實際操作中，由於條件的限制很難選取大量的樣本值進行訓練，樣本數量偏少。

（2）BP網路模型其計算速度較慢、無法表達預測量與其相關參數之間親疏關系。

（3）以定量數據為基礎建立模型，若能收集到充分資料，以定性指標（如基坑降水方式、基坑支護模式、施工工況等）和一些易獲取的定量指標作為輸入層，以評價等級作為輸出層，這樣建立的BP網路模型將更准確全面。

（4）BP人工神經網路系統具有非線性、智能的特點。較好地考慮了定性描述和定量計算、精確邏輯分析和非確定性推理等方面，但由於樣本不同，影響要素的權重不同，以及在根據先驗知識和前人的經驗總結對定性參數進行量化處理，必然會影響評價的客觀性和准確性。因此，在實際評價中只有根據不同的基坑施工工況、不同的周邊環境條件，應不同用戶的需求，選擇不同的分析指標，才能滿足復雜工況條件下地質環境評價的要求，取得較好的應用效果。

2. 如何通過人工神經網路實現圖像識別

人工神經網路（Artificial Neural Networks）（簡稱ANN）系統從20 世紀40 年代末誕生至今僅短短半個多世紀，但由於他具有信息的分布存儲、並行處理以及自學習能力等優點，已經在信息處理、模式識別、智能控制及系統建模等領域得到越來越廣泛的應用。尤其是基於誤差反向傳播（Error Back Propagation）演算法的多層前饋網路（Multiple-Layer Feedforward Network）(簡稱BP 網路)，可以以任意精度逼近任意的連續函數，所以廣泛應用於非線性建模、函數逼近、模式分類等方面。

目標識別是模式識別領域的一項傳統的課題，這是因為目標識別不是一個孤立的問題，而是模式識別領域中大多數課題都會遇到的基本問題，並且在不同的課題中，由於具體的條件不同，解決的方法也不盡相同，因而目標識別的研究仍具有理論和實踐意義。這里討論的是將要識別的目標物體用成像頭(紅外或可見光等)攝入後形成的圖像信號序列送入計算機，用神經網路識別圖像的問題。

一、BP 神經網路

BP 網路是採用Widrow-Hoff 學習演算法和非線性可微轉移函數的多層網路。一個典型的BP 網路採用的是梯度下降演算法，也就是Widrow-Hoff 演算法所規定的。backpropagation 就是指的為非線性多層網路計算梯度的方法。一個典型的BP 網路結構如圖所示。

六、總結

從上述的試驗中已經可以看出，採用神經網路識別是切實可行的，給出的例子只是簡單的數字識別實驗，要想在網路模式下識別復雜的目標圖像則需要降低網路規模，增加識別能力，原理是一樣的。

3. 神經網路優缺點，

優點：

（1）具有自學習功能。例如實現圖像識別時，只在先把許多不同的圖像樣板和對應的應識別的結果輸入人工神經網路，網路就會通過自學習功能，慢慢學會識別類似的圖像。

自學習功能對於預測有特別重要的意義。預期未來的人工神經網路計算機將為人類提供經濟預測、市場預測、效益預測，其應用前途是很遠大的。

（2）具有聯想存儲功能。用人工神經網路的反饋網路就可以實現這種聯想。

（3）具有高速尋找優化解的能力。尋找一個復雜問題的優化解，往往需要很大的計算量，利用一個針對某問題而設計的反饋型人工神經網路，發揮計算機的高速運算能力，可能很快找到優化解。

缺點：

（1）最嚴重的問題是沒能力來解釋自己的推理過程和推理依據。

（2）不能向用戶提出必要的詢問，而且當數據不充分的時候，神經網路就無法進行工作。

（3）把一切問題的特徵都變為數字，把一切推理都變為數值計算，其結果勢必是丟失信息。

（4）理論和學習演算法還有待於進一步完善和提高。

(3)人工神經網路需要多少樣本擴展閱讀：

神經網路發展趨勢

人工神經網路特有的非線性適應性信息處理能力，克服了傳統人工智慧方法對於直覺，如模式、語音識別、非結構化信息處理方面的缺陷，使之在神經專家系統、模式識別、智能控制、組合優化、預測等領域得到成功應用。

人工神經網路與其它傳統方法相結合，將推動人工智慧和信息處理技術不斷發展。近年來，人工神經網路正向模擬人類認知的道路上更加深入發展，與模糊系統、遺傳演算法、進化機制等結合，形成計算智能，成為人工智慧的一個重要方向，將在實際應用中得到發展。

將信息幾何應用於人工神經網路的研究，為人工神經網路的理論研究開辟了新的途徑。神經計算機的研究發展很快，已有產品進入市場。光電結合的神經計算機為人工神經網路的發展提供了良好條件。

神經網路在很多領域已得到了很好的應用，但其需要研究的方面還很多。其中，具有分布存儲、並行處理、自學習、自組織以及非線性映射等優點的神經網路與其他技術的結合以及由此而來的混合方法和混合系統，已經成為一大研究熱點。

由於其他方法也有它們各自的優點，所以將神經網路與其他方法相結合，取長補短，繼而可以獲得更好的應用效果。目前這方面工作有神經網路與模糊邏輯、專家系統、遺傳演算法、小波分析、混沌、粗集理論、分形理論、證據理論和灰色系統等的融合。

參考資料：網路-人工神經網路

4. BP人工神經網路方法

（一）方法原理

人工神經網路是由大量的類似人腦神經元的簡單處理單元廣泛地相互連接而成的復雜的網路系統。理論和實踐表明，在信息處理方面，神經網路方法比傳統模式識別方法更具有優勢。人工神經元是神經網路的基本處理單元，其接收的信息為x₁，x₂，…，x_n，而ω_ij表示第i個神經元到第j個神經元的連接強度或稱權重。神經元的輸入是接收信息X＝（x₁，x₂，…，x_n）與權重W＝｛ω_ij｝的點積，將輸入與設定的某一閾值作比較，再經過某種神經元激活函數f的作用，便得到該神經元的輸出O_i。常見的激活函數為Sigmoid型。人工神經元的輸入與輸出的關系為

地球物理勘探概論

式中：x_i為第i個輸入元素，即n維輸入矢量X的第i個分量；ω_i為第i個輸入與處理單元間的互聯權重；θ為處理單元的內部閾值；y為處理單元的輸出。

常用的人工神經網路是BP網路，它由輸入層、隱含層和輸出層三部分組成。BP演算法是一種有監督的模式識別方法，包括學習和識別兩部分，其中學習過程又可分為正向傳播和反向傳播兩部分。正向傳播開始時，對所有的連接權值置隨機數作為初值，選取模式集的任一模式作為輸入，轉向隱含層處理，並在輸出層得到該模式對應的輸出值。每一層神經元狀態隻影響下一層神經元狀態。此時，輸出值一般與期望值存在較大的誤差，需要通過誤差反向傳遞過程，計算模式的各層神經元權值的變化量

。這個過程不斷重復，直至完成對該模式集所有模式的計算，產生這一輪訓練值的變化量Δω_ij。在修正網路中各種神經元的權值後，網路重新按照正向傳播方式得到輸出。實際輸出值與期望值之間的誤差可以導致新一輪的權值修正。正向傳播與反向傳播過程循環往復，直到網路收斂，得到網路收斂後的互聯權值和閾值。

（二）BP神經網路計算步驟

（1）初始化連接權值和閾值為一小的隨機值，即W（0）＝任意值，θ（0）＝任意值。

（2）輸入一個樣本X。

（3）正向傳播，計算實際輸出，即根據輸入樣本值、互聯權值和閾值，計算樣本的實際輸出。其中輸入層的輸出等於輸入樣本值，隱含層和輸出層的輸入為

地球物理勘探概論

輸出為

地球物理勘探概論

式中：f為閾值邏輯函數，一般取Sigmoid函數，即

地球物理勘探概論

式中：θ_j表示閾值或偏置；θ₀的作用是調節Sigmoid函數的形狀。較小的θ₀將使Sigmoid函數逼近於閾值邏輯單元的特徵，較大的θ₀將導致Sigmoid函數變平緩，一般取θ₀＝1。

（4）計算實際輸出與理想輸出的誤差

地球物理勘探概論

式中：t_pk為理想輸出；O_pk為實際輸出；p為樣本號；k為輸出節點號。

（5）誤差反向傳播，修改權值

地球物理勘探概論

式中：

地球物理勘探概論

地球物理勘探概論

（6）判斷收斂。若誤差小於給定值，則結束，否則轉向步驟（2）。

（三）塔北雅克拉地區BP神經網路預測實例

以塔北雅克拉地區S4井為已知樣本，取氧化還原電位，放射性元素Rn、Th、Tc、U、K和地震反射

構造面等7個特徵為識別的依據。

構造面反映了局部構造的起伏變化，其局部隆起部位應是油氣運移和富集的有利部位，它可以作為判斷含油氣性的諸種因素之一。在該地區投入了高精度重磁、土壤微磁、頻譜激電等多種方法，一些參數未入選為判別的特徵參數，是因為某些參數是相關的。在使用神經網路方法判別之前，還採用K-L變換（Karhaem-Loeve）來分析和提取特徵。

S4井位於測區西南部5線25點，是區內唯一已知井。該井在5390.6m的侏羅系地層獲得40.6m厚的油氣層，在5482m深的震旦系地層中獲58m厚的油氣層。取S4井周圍9個點，即4～6線的23～25 點作為已知油氣的訓練樣本；由於區內沒有未見油的鑽井，只好根據地質資料分析，選取14～16線的55～57點作為非油氣的訓練樣本。BP網路學習迭代17174次，總誤差為0.0001，學習效果相當滿意。以學習後的網路進行識別，得出結果如圖6-2-4所示。

圖6-2-4 塔北雅克拉地區BP神經網路聚類結果

（據劉天佑等，1997）

由圖6-2-4可見，由預測值大於0.9可得5個大封閉圈遠景區，其中測區南部①號遠景區對應著已知油井S4井；②、③號油氣遠景區位於地震勘探所查明的托庫1、2號構造，該兩個構造位於沙雅隆起的東段，其西段即為1984年鑽遇高產油氣流的Sch2井，應是含油氣性好的遠景區；④、⑤號遠景區位於大澇壩構造，是yh油田的組成部分。

5. （急）如何用MATLAB建立ANN（人工神經網路模型）

問題描述：
有兩個自變數，一個因變數，10個樣本（這里就取少一點好了）。用實際問題來表述，假設一個股票，開盤價 x1，收盤價 x2，第二天的股價 y。 那用神經網路來預測的目的是，根據10天的開盤價和收盤價，來預測未來股價。顯然，這里的y與x1和x2相關，我們要訓練一個網路（net）來讓他盡可能的預測一個y

MATLAB程序

clc
clear
load data input output
%input就是包含了x1和x2 10天數據的矩陣，說白了就是20個數的矩陣。output是y的一個向量，%10個數
%需要自己找一些數據賦值給input和ouput

P=input;
T=output;
%這里P和T必須是 x1 x2和y的行向量組合。對於P，x1是行向量，x2是行向量。P=[x1;x2]; T=y. y是行向量

Epochs=5000;
NodeNum=12; TypeNum=1;
TF1='logsig'; TF2='purelin';
%設置一些初始參數，Epochs是迭代上限次數，NodeNum是第一個隱藏層的神經元個數，%TypeNum是幾層。TF1和TF2分別定義了幾個傳遞函數。

net=newff(minmax(P),[NodeNum TypeNum],{TF1 TF2},'trainlm');
%建立一個神經網路，訓練輸入和輸出數據都有了，設置隱藏層的個數。

net.trainParam.epochs=Epochs;
net.trainParam.goal=1e-4;
net.trainParam.min_grad=1e-4;
net.trainParam.show=200;
net.trainParam.time=inf;
%設置一些訓練時的參數，第一個是每次訓練的最大迭代次數；

net=train(net,P,T);
%開始網路訓練

P_test=P;
B_test=T;
%就用原始的數據進行測試

X=sim(net,P_test);
%測試

Erro=abs(B_test-X);
sigma=std(Erro);
%計算出預測值和實際值的誤差，求出方差。將來方差可以用來隨機調整

6. 人工神經網路分析需要樣本量一般多大

1.樣本量的確定是費用與精度的函數，取決於研究的精度和費用，特別是實踐中費用考慮的更多！
2.抽樣調查，特別是隨機抽樣，樣本有代表性，往往比普查更有效率，甚至精度更高，這里我們主要計算和討論抽樣誤差，非抽樣誤差是人為因素，考質量控制；
3.樣本量的確定有賴於隨機抽樣，或者說主要是針對隨機抽樣，需要統計推斷下的計算樣本量，如果是非概率抽樣，理論上沒有計算和控制樣本量的問題；
4.如果研究只要40-50個樣本，感覺上應該是非概率抽樣（依賴被訪者選擇方式）
5.即使是非概率抽樣，我們很多時候也採用概率和統計分析及推斷思想來進行數據分析和下結論！只是這種方法沒有完善的理論支持，或者說有可能因為研究者的主觀判斷失誤造成偏差；
6.無論是概率抽樣還是非概率抽樣，樣本量越大當然效果越好，結論越穩定（理論上說）
7.40-50個樣本在統計上屬於小樣本，t-檢驗，如果樣本大於60或理想120以上，t分布就是正態分布了，所以40個樣本在統計上是最小推斷總體的樣本，換句話說40-50個樣本是介於小樣本和正態分布大樣本的臨界樣本量；如果不嚴格的話40個樣本就可以比較總體之間的統計差異了；
8.所以，一般來講，針對一個研究對象和人群，要進行比較最少40個樣本，比如男女差異，應該各擁有40人（80人），或者說你們進行配額樣本的時候要保證統計比較的類別至少有40個樣本；
9.那麼40個樣本有代表性嗎？ 當然越多越好，越有代表性
10.但如果調查對象非常一致，沒有差異，只要問一個人就行了，所以要考慮研究對象的差異性，如果差異大，當然樣本量要大，如果沒有差異，同質性較高樣本量就少；
11.總體的大小對樣本量的選擇沒有影響，調查研究一般必須在研究前明確總體是誰，大總體沒有影響（上萬人），中等總體有點影響（5000人），小總體有很大影響（千百個人）；總體是你要推斷的人群；
12.再者要考慮研究對象在總體中擁有的比例（比如要找艾滋病人），如果比例非常低的話，需要大樣本才能找到；但往往商業研究就採用非概率抽樣了，比如滾雪球抽樣，專家判斷抽樣，配額抽樣等；
13.另外，選擇40個人，如果是經過我們主觀判斷的，有一種說法：叫條件概率，也就是我們越了解研究目的和對象，我們就越能夠做出正確判斷；比如P（A|B），也就是說我們越了解B事件發生的概率，那麼A發生的概率就越確定；就像我們在Google中搜東西，你的關鍵詞=B越准確，得到的結果A就越是你想要的東西；
14.當然，如果你的主觀判斷錯了，就會犯更大的錯誤
15.還有就是希望得到的精度；如果得到的結果是70%加減10%誤差我們可以接受，但如果是總體本身就不到8%，那8%加減10%，尾巴比頭都大顯然不行，當然到底如何確定精度，是研究前你們與客戶要明確的，事先研究設計確定的，不能事後來說；
16.記住：有時候我們研究本身不需要那麼高的精度
17.整個研究設計過程的質量控制可以更有效提升研究品質
18.研究測試的技術（接近自然科學儀器測量）可獲得更好研究品質
19.根據精確的抽樣，需要採用精確的統計分析，否則也達不到效果
20.任何研究都不會完美，都是權衡和保守的過程，總的來講保守不犯錯
21.如果研究有實驗設計和研究設計，所以實驗設計，包括所謂雙盲實驗、正交設計、拉丁方格等，確定樣本分組是非常精細的，有助於研究品質；但設計缺陷會造成降低品質；
22.處置組和對照組的設計，主要應用在傳播效果、廣告效果研究上，需要有設計原則
23.實驗設計也強調對其它影響因素的控制，也就是X對Y的影響，要控制住Z的干擾，更能提高研究品質
24.被訪者的參與度（你的激勵方式）也重要，一分錢一分貨；我們是花錢買信息
25.任何理由都是可解釋的，但這里主要是要用術語，越專業越說行話，別人更相信，所以解釋樣本量的科學性，有時候要用科學，也就是理論；
26.因為有理論，顯得有水平，因為有水平就有話語權，就有執行力！所以權威部門的設計或出面，客戶就相信了！
27.研究過程，不斷修正，比如追加樣本也是解決問題的辦法
28.連續性研究，也會解決或減少對樣本量的需求
29.廣告效果研究經常採用rolling data的方式，因為廣告效果有延遲效應，每周50個樣本，4周一個分析，就是200樣本，第五周分析前4周，第六周分析2-5周數據，進行比較和檢驗，這是常有方法；

7. 什麼是人工神經網路

一.一些基本常識和原理
[什麼叫神經網路?]
人的思維有邏輯性和直觀性兩種不同的基本方式。邏輯性的思維是指根據邏輯規則進行推理的過程；它先將信息化成概念，並用符號表示，然後，根據符號運算按串列模式進行邏輯推理；這一過程可以寫成串列的指令，讓計算機執行。然而，直觀性的思維是將分布式存儲的信息綜合起來，結果是忽然間產生想法或解決問題的辦法。這種思維方式的根本之點在於以下兩點:1.信息是通過神經元上的興奮模式分布儲在網路上;2.信息處理是通過神經元之間同時相互作用的動態過程來完成的。
人工神經網路就是模擬人思維的第二種方式。這是一個非線性動力學系統，其特色在於信息的分布式存儲和並行協同處理。雖然單個神經元的結構極其簡單，功能有限，但大量神經元構成的網路系統所能實現的行為卻是極其豐富多彩的。

[人工神經網路的工作原理]

人工神經網路首先要以一定的學習准則進行學習，然後才能工作。現以人工神經網路對手寫「A」、「B」兩個字母的識別為例進行說明，規定當「A」輸入網路時，應該輸出「1」，而當輸入為「B」時，輸出為「0」。
所以網路學習的准則應該是：如果網路作出錯誤的的判決，則通過網路的學習，應使得網路減少下次犯同樣錯誤的可能性。首先，給網路的各連接權值賦予(0，1)區間內的隨機值，將「A」所對應的圖象模式輸入給網路，網路將輸入模式加權求和、與門限比較、再進行非線性運算，得到網路的輸出。在此情況下，網路輸出為「1」和「0」的概率各為50%，也就是說是完全隨機的。這時如果輸出為「1」(結果正確)，則使連接權值增大，以便使網路再次遇到「A」模式輸入時，仍然能作出正確的判斷。
如果輸出為「0」(即結果錯誤)，則把網路連接權值朝著減小綜合輸入加權值的方向調整，其目的在於使網路下次再遇到「A」模式輸入時，減小犯同樣錯誤的可能性。如此操作調整，當給網路輪番輸入若干個手寫字母「A」、「B」後，經過網路按以上學習方法進行若干次學習後，網路判斷的正確率將大大提高。這說明網路對這兩個模式的學習已經獲得了成功，它已將這兩個模式分布地記憶在網路的各個連接權值上。當網路再次遇到其中任何一個模式時，能夠作出迅速、准確的判斷和識別。一般說來，網路中所含的神經元個數越多，則它能記憶、識別的模式也就越多。
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關於一個神經網路模擬程序的下載
人工神經網路實驗系統(BP網路) V1.0 Beta 作者:沈琦
http://emuch.net/html/200506/de24132.html

作者關於此程序的說明:
從輸出結果可以看到，前3條"學習"指令，使"輸出"神經元收斂到了值 0.515974。而後3條"學習"指令，其收斂到了值0.520051。再看看處理4和11的指令結果 P *Out1: 0.520051看到了嗎？ "大腦"識別出了4和11是屬於第二類的！怎麼樣?很神奇吧?再打show指令看看吧!"神經網路"已經形成了!你可以自己任意的設"模式"讓這個"大腦"學習分辯哦!只要樣本數據量充分(可含有誤差的樣本)，如果能夠在out數據上收斂地話，那它就能分辨地很准哦!有時不是絕對精確，因為它具有"模糊處理"的特性.看Process輸出的值接近哪個Learning的值就是"大腦"作出的"模糊性"判別!
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人工神經網路論壇
http://www.youngfan.com/forum/index.php
http://www.youngfan.com/nn/index.html(舊版,楓舞推薦)
國際神經網路學會(INNS)(英文)
http://www.inns.org/
歐洲神經網路學會(ENNS)(英文)
http://www.snn.kun.nl/enns/
亞太神經網路學會(APNNA)(英文)
http://www.cse.cuhk.e.hk/~apnna
日本神經網路學會(JNNS)(日文)
http://www.jnns.org
國際電氣工程師協會神經網路分會
http://www.ieee-nns.org/
研學論壇神經網路
http://bbs.matwav.com/post/page?bid=8&sty=1&age=0
人工智慧研究者俱樂部
http://www.souwu.com/
2nsoft人工神經網路中文站
http://211.156.161.210:8888/2nsoft/index.jsp
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推薦部分書籍:
人工神經網路技術入門講稿(PDF)
http://www.youngfan.com/nn/ann.pdf
神經網路FAQ(英文)
http://www.youngfan.com/nn/FAQ/FAQ.html
數字神經網路系統(電子圖書)
http://www.youngfan.com/nn/nnbook/director.htm
神經網路導論(英文)
http://www.shef.ac.uk/psychology/gurney/notes/contents.html
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一份很有參考價值的講座
<前向網路的敏感性研究>
http://www.youngfan.com/nn/mgx.ppt
是Powerpoint文件，比較大，如果網速不夠最好用滑鼠右鍵下載另存.

8. rbf神經網路的訓練樣本要多大

因課題而異。
1、樣本最關鍵在於正確性和准確性。你所選擇的樣本首先要能正確反映該系統過程的內在規律。我們從生產現場採得的樣本數據中有不少可能是壞樣本，例如由於測量儀器故障導致測量數據誤差較大等，這樣的樣本會干擾你的神經網路訓練。通常我們認為壞樣本只是個別現象，所以我們希望通過盡可能大的樣本規模來抵抗壞樣本造成的負面影響。
2、其次是樣本數據分布的均衡性。你所選擇的樣本最好能涉及到該系統過程可能發生的各種情況。例如某化工生產中某反應爐的溫度主要分布在350度—400度，且出現在380度的情況較多，那麼你的樣本數據最好也是在350-400度各種情況都有，並且也是在380度左右的樣本較多些，這樣可以極大可能的照顧到系統在各個情況下的規律特徵。通常我們對系統的內在規律不是很了解，所以我們希望通過盡可能大的樣本規模來「地毯式」覆蓋對象系統的方方面面。
3、再次就是樣本數據的規模，也就是你要問的問題。在確保樣本數據質量和分布均衡的情況下，樣本數據的規模決定你神經網路訓練結果的精度。樣本數據量越大，精度越高。還用剛才的例子，假如反應爐的溫度主要均勻分布在375-385度之間，那麼你用100個均衡分布在375-385度的訓練樣本去訓練，經過無限次或者說是足夠多次迭代之後，理論上你的神經網路的精度就是0.1度。如果你覺得0.1度足夠細膩了，那麼樣本規模為100也就可以接受了。由於樣本規模直接影響計算機的運算時間，所以在精度符合要求的情況下，我們不需要過多的樣本數據，否則我們要等待很久的訓練時間。
補充說明一下，不論是徑向基（rbf）神經網路還是經典的bp神經網路，都只是具體的訓練方法，對於足夠多次的迭代，訓練結果的准確度是趨於一致的，方法隻影響計算的收斂速度（運算時間），和樣本規模沒有直接關系。

9. 人工神經網路一般用於預測多少年的數據

這個要視處理的問題而定，訓練網路的樣本是基於多少年的數據，相應預測的就是多少年的數據。例如電力負荷預測，當進行的是短期負荷預測時，輸入的樣本為最近幾日的負荷數據，那麼預測的自然是最近幾日的，不可能再長。而進行長期負荷預測時，訓練樣本是以年為單位的負荷數據，就可以預測幾年甚至數十年的負荷。再例如，進行人口增長預測，則一般是以多年預測為基礎的。

10. 神經網路演算法的人工神經網路

人工神經網路（Artificial Neural Networks，ANN）系統是 20 世紀 40 年代後出現的。它是由眾多的神經元可調的連接權值連接而成，具有大規模並行處理、分布式信 息存儲、良好的自組織自學習能力等特點。BP（Back Propagation）演算法又稱為誤差 反向傳播演算法，是人工神經網路中的一種監督式的學習演算法。BP 神經網路演算法在理 論上可以逼近任意函數，基本的結構由非線性變化單元組成，具有很強的非線性映射能力。而且網路的中間層數、各層的處理單元數及網路的學習系數等參數可根據具體情況設定，靈活性很大，在優化、信號處理與模式識別、智能控制、故障診斷等許 多領域都有著廣泛的應用前景。 人工神經元的研究起源於腦神經元學說。19世紀末，在生物、生理學領域，Waldeger等人創建了神經元學說。人們認識到復雜的神經系統是由數目繁多的神經元組合而成。大腦皮層包括有100億個以上的神經元，每立方毫米約有數萬個，它們互相聯結形成神經網路，通過感覺器官和神經接受來自身體內外的各種信息，傳遞至中樞神經系統內，經過對信息的分析和綜合，再通過運動神經發出控制信息，以此來實現機體與內外環境的聯系，協調全身的各種機能活動。
神經元也和其他類型的細胞一樣，包括有細胞膜、細胞質和細胞核。但是神經細胞的形態比較特殊，具有許多突起，因此又分為細胞體、軸突和樹突三部分。細胞體內有細胞核，突起的作用是傳遞信息。樹突是作為引入輸入信號的突起，而軸突是作為輸出端的突起，它只有一個。
樹突是細胞體的延伸部分，它由細胞體發出後逐漸變細，全長各部位都可與其他神經元的軸突末梢相互聯系，形成所謂「突觸」。在突觸處兩神經元並未連通，它只是發生信息傳遞功能的結合部，聯系界面之間間隙約為（15～50)×10米。突觸可分為興奮性與抑制性兩種類型，它相應於神經元之間耦合的極性。每個神經元的突觸數目正常，最高可達10個。各神經元之間的連接強度和極性有所不同，並且都可調整、基於這一特性，人腦具有存儲信息的功能。利用大量神經元相互聯接組成人工神經網路可顯示出人的大腦的某些特徵。
人工神經網路是由大量的簡單基本元件——神經元相互聯接而成的自適應非線性動態系統。每個神經元的結構和功能比較簡單，但大量神經元組合產生的系統行為卻非常復雜。
人工神經網路反映了人腦功能的若干基本特性，但並非生物系統的逼真描述，只是某種模仿、簡化和抽象。
與數字計算機比較，人工神經網路在構成原理和功能特點等方面更加接近人腦，它不是按給定的程序一步一步地執行運算，而是能夠自身適應環境、總結規律、完成某種運算、識別或過程式控制制。
人工神經網路首先要以一定的學習准則進行學習，然後才能工作。現以人工神經網路對於寫「A」、「B」兩個字母的識別為例進行說明，規定當「A」輸入網路時，應該輸出「1」，而當輸入為「B」時，輸出為「0」。
所以網路學習的准則應該是：如果網路作出錯誤的的判決，則通過網路的學習，應使得網路減少下次犯同樣錯誤的可能性。首先，給網路的各連接權值賦予(0，1)區間內的隨機值，將「A」所對應的圖象模式輸入給網路，網路將輸入模式加權求和、與門限比較、再進行非線性運算，得到網路的輸出。在此情況下，網路輸出為「1」和「0」的概率各為50%，也就是說是完全隨機的。這時如果輸出為「1」(結果正確)，則使連接權值增大，以便使網路再次遇到「A」模式輸入時，仍然能作出正確的判斷。
如果輸出為「0」(即結果錯誤)，則把網路連接權值朝著減小綜合輸入加權值的方向調整，其目的在於使網路下次再遇到「A」模式輸入時，減小犯同樣錯誤的可能性。如此操作調整，當給網路輪番輸入若干個手寫字母「A」、「B」後，經過網路按以上學習方法進行若干次學習後，網路判斷的正確率將大大提高。這說明網路對這兩個模式的學習已經獲得了成功，它已將這兩個模式分布地記憶在網路的各個連接權值上。當網路再次遇到其中任何一個模式時，能夠作出迅速、准確的判斷和識別。一般說來，網路中所含的神經元個數越多，則它能記憶、識別的模式也就越多。 （1）人類大腦有很強的自適應與自組織特性，後天的學習與訓練可以開發許多各具特色的活動功能。如盲人的聽覺和觸覺非常靈敏；聾啞人善於運用手勢；訓練有素的運動員可以表現出非凡的運動技巧等等。
普通計算機的功能取決於程序中給出的知識和能力。顯然，對於智能活動要通過總結編製程序將十分困難。
人工神經網路也具有初步的自適應與自組織能力。在學習或訓練過程中改變突觸權重值，以適應周圍環境的要求。同一網路因學習方式及內容不同可具有不同的功能。人工神經網路是一個具有學習能力的系統，可以發展知識，以致超過設計者原有的知識水平。通常，它的學習訓練方式可分為兩種，一種是有監督或稱有導師的學習，這時利用給定的樣本標准進行分類或模仿；另一種是無監督學習或稱無為導師學習，這時，只規定學習方式或某些規則，則具體的學習內容隨系統所處環境 （即輸入信號情況）而異，系統可以自動發現環境特徵和規律性，具有更近似人腦的功能。
（2）泛化能力
泛化能力指對沒有訓練過的樣本，有很好的預測能力和控制能力。特別是，當存在一些有雜訊的樣本，網路具備很好的預測能力。
(3)非線性映射能力
當對系統對於設計人員來說，很透徹或者很清楚時，則一般利用數值分析，偏微分方程等數學工具建立精確的數學模型，但當對系統很復雜，或者系統未知，系統信息量很少時，建立精確的數學模型很困難時，神經網路的非線性映射能力則表現出優勢，因為它不需要對系統進行透徹的了解，但是同時能達到輸入與輸出的映射關系，這就大大簡化設計的難度。
(4)高度並行性
並行性具有一定的爭議性。承認具有並行性理由：神經網路是根據人的大腦而抽象出來的數學模型，由於人可以同時做一些事，所以從功能的模擬角度上看，神經網路也應具備很強的並行性。
多少年以來，人們從醫學、生物學、生理學、哲學、信息學、計算機科學、認知學、組織協同學等各個角度企圖認識並解答上述問題。在尋找上述問題答案的研究過程中，這些年來逐漸形成了一個新興的多學科交叉技術領域，稱之為「神經網路」。神經網路的研究涉及眾多學科領域，這些領域互相結合、相互滲透並相互推動。不同領域的科學家又從各自學科的興趣與特色出發，提出不同的問題，從不同的角度進行研究。
下面將人工神經網路與通用的計算機工作特點來對比一下：
若從速度的角度出發，人腦神經元之間傳遞信息的速度要遠低於計算機，前者為毫秒量級，而後者的頻率往往可達幾百兆赫。但是，由於人腦是一個大規模並行與串列組合處理系統，因而，在許多問題上可以作出快速判斷、決策和處理，其速度則遠高於串列結構的普通計算機。人工神經網路的基本結構模仿人腦，具有並行處理特徵，可以大大提高工作速度。
人腦存貯信息的特點為利用突觸效能的變化來調整存貯內容，也即信息存貯在神經元之間連接強度的分布上，存貯區與計算機區合為一體。雖然人腦每日有大量神經細胞死亡 （平均每小時約一千個），但不影響大腦的正常思維活動。
普通計算機是具有相互獨立的存貯器和運算器，知識存貯與數據運算互不相關，只有通過人編出的程序使之溝通，這種溝通不能超越程序編制者的預想。元器件的局部損壞及程序中的微小錯誤都可能引起嚴重的失常。 心理學家和認知科學家研究神經網路的目的在於探索人腦加工、儲存和搜索信息的機制，弄清人腦功能的機理，建立人類認知過程的微結構理論。
生物學、醫學、腦科學專家試圖通過神經網路的研究推動腦科學向定量、精確和理論化體系發展，同時也寄希望於臨床醫學的新突破；信息處理和計算機科學家研究這一問題的目的在於尋求新的途徑以解決不能解決或解決起來有極大困難的大量問題，構造更加逼近人腦功能的新一代計算機。
人工神經網路早期的研究工作應追溯至上世紀40年代。下面以時間順序，以著名的人物或某一方面突出的研究成果為線索，簡要介紹人工神經網路的發展歷史。
1943年，心理學家W·Mcculloch和數理邏輯學家W·Pitts在分析、總結神經元基本特性的基礎上首先提出神經元的數學模型。此模型沿用至今，並且直接影響著這一領域研究的進展。因而，他們兩人可稱為人工神經網路研究的先驅。
1945年馮·諾依曼領導的設計小組試製成功存儲程序式電子計算機，標志著電子計算機時代的開始。1948年，他在研究工作中比較了人腦結構與存儲程序式計算機的根本區別，提出了以簡單神經元構成的再生自動機網路結構。但是，由於指令存儲式計算機技術的發展非常迅速，迫使他放棄了神經網路研究的新途徑，繼續投身於指令存儲式計算機技術的研究，並在此領域作出了巨大貢獻。雖然，馮·諾依曼的名字是與普通計算機聯系在一起的，但他也是人工神經網路研究的先驅之一。
50年代末，F·Rosenblatt設計製作了「感知機」，它是一種多層的神經網路。這項工作首次把人工神經網路的研究從理論探討付諸工程實踐。當時，世界上許多實驗室仿效製作感知機，分別應用於文字識別、聲音識別、聲納信號識別以及學習記憶問題的研究。然而，這次人工神經網路的研究高潮未能持續很久，許多人陸續放棄了這方面的研究工作，這是因為當時數字計算機的發展處於全盛時期，許多人誤以為數字計算機可以解決人工智慧、模式識別、專家系統等方面的一切問題，使感知機的工作得不到重視；其次，當時的電子技術工藝水平比較落後，主要的元件是電子管或晶體管，利用它們製作的神經網路體積龐大，價格昂貴，要製作在規模上與真實的神經網路相似是完全不可能的；另外，在1968年一本名為《感知機》的著作中指出線性感知機功能是有限的，它不能解決如異感這樣的基本問題，而且多層網路還不能找到有效的計算方法，這些論點促使大批研究人員對於人工神經網路的前景失去信心。60年代末期，人工神經網路的研究進入了低潮。
另外，在60年代初期，Widrow提出了自適應線性元件網路，這是一種連續取值的線性加權求和閾值網路。後來，在此基礎上發展了非線性多層自適應網路。當時，這些工作雖未標出神經網路的名稱，而實際上就是一種人工神經網路模型。
隨著人們對感知機興趣的衰退，神經網路的研究沉寂了相當長的時間。80年代初期，模擬與數字混合的超大規模集成電路製作技術提高到新的水平，完全付諸實用化，此外，數字計算機的發展在若干應用領域遇到困難。這一背景預示，向人工神經網路尋求出路的時機已經成熟。美國的物理學家Hopfield於1982年和1984年在美國科學院院刊上發表了兩篇關於人工神經網路研究的論文，引起了巨大的反響。人們重新認識到神經網路的威力以及付諸應用的現實性。隨即，一大批學者和研究人員圍繞著 Hopfield提出的方法展開了進一步的工作，形成了80年代中期以來人工神經網路的研究熱潮。
1985年，Ackley、Hinton和Sejnowski將模擬退火演算法應用到神經網路訓練中，提出了Boltzmann機，該演算法具有逃離極值的優點，但是訓練時間需要很長。
1986年，Rumelhart、Hinton和Williams提出了多層前饋神經網路的學習演算法，即BP演算法。它從證明的角度推導演算法的正確性，是學習演算法有理論依據。從學習演算法角度上看，是一個很大的進步。
1988年，Broomhead和Lowe第一次提出了徑向基網路：RBF網路。
總體來說，神經網路經歷了從高潮到低谷，再到高潮的階段，充滿曲折的過程。