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  • Autoassociation

    autoassociation是一个很有趣的可以自己计算权重的算法。

    假设输入向量为X,输出向量为Y;权重由向量W来表示,那么autoassociation的计算过程为:

    ①计算 Wx = W * X;

    ②计算 error = X - Wx;

    ③计算 ΔW = η*error*xT

    ④计算 Wnew = W + ΔW

    截取PPT中的介绍:

    PPT中给出的例子

    PPT里面给的例子是X=Y的情况,在这种情况下,该算法的matlab实现是:

    function [weight,f]=heterassociation(x,times,n)
    w = zeros(1,n);
    step = 0.1;
    wx = w.*x;
    for i = 1: times
    error = x - wx;
    delta_w = step * error * x';
    w = w + delta_w;
    wx = w.*x;
    end
    weight = w;
    f = w * x';

    参数x是输入向量,times是计算次数,n表示的是x向量的维数。

    我们可以试一下一个1*10的随机矩阵,看看使用autoassociation计算出来的结果的相似程度,以及当时的权重值是多少。

    >> x=rand(10,1)

    x =

       0.853031117721894
       0.622055131485066
       0.350952380892271
       0.513249539867053
       0.401808033751942
       0.075966691690842
       0.239916153553658
       0.123318934835166
       0.183907788282417
       0.239952525664903

    现在使用autoassociation函数,计算它的输出值:

    >> [weight,output]=autoassociation(x,100,10)

    output =

       0.853031116343490
       0.622055130479894
       0.350952380325171
       0.513249539037699
       0.401808033102665
       0.075966691568088
       0.239916153165980
       0.123318934635896
       0.183907787985242
       0.239952525277166

    我们保留4位小数,看一下此时的权重的计算结果是多少(权重初始化时为zeros(1,n)):

     vpa(weight,4)
     
    ans =
     
    [  0.3971,  0.2896,  0.1634,  0.2389,   0.187,  0.03536,   0.1117,   0.0574,   0.0856,   0.1117]
    [  0.2896,  0.2112,  0.1191,  0.1742,  0.1364,  0.02579,  0.08144,  0.04186,  0.06243,  0.08145]
    [  0.1634,  0.1191, 0.06721, 0.09829, 0.07695,  0.01455,  0.04595,  0.02362,  0.03522,  0.04595]
    [  0.2389,  0.1742, 0.09829,  0.1437,  0.1125,  0.02128,  0.06719,  0.03454,  0.05151,   0.0672]
    [   0.187,  0.1364, 0.07695,  0.1125,  0.0881,  0.01666,   0.0526,  0.02704,  0.04032,  0.05261]
    [ 0.03536, 0.02579, 0.01455, 0.02128, 0.01666, 0.003149, 0.009945, 0.005112, 0.007624, 0.009947]
    [  0.1117, 0.08144, 0.04595, 0.06719,  0.0526, 0.009945,  0.03141,  0.01614,  0.02408,  0.03141]
    [  0.0574, 0.04186, 0.02362, 0.03454, 0.02704, 0.005112,  0.01614, 0.008298,  0.01238,  0.01615]
    [  0.0856, 0.06243, 0.03522, 0.05151, 0.04032, 0.007624,  0.02408,  0.01238,  0.01846,  0.02408]
    [  0.1117, 0.08145, 0.04595,  0.0672, 0.05261, 0.009947,  0.03141,  0.01615,  0.02408,  0.03142]

    假如输入不等于输出,即X=>Y,且X≠Y,则程序改为:

    function [weight,f] = autoassociation2(x,y,times,n)
    w=zeros(n);
    step = 0.1;
    wx = w*x;
    for i = 1:times
       error = y - wx;
       delta_w = step * error*x';
       w = w + delta_w;
       wx = w*x;
    end
    weight = w;
    f = wx;

    现在,我们来试试这种情况下的权重的计算效果:

    x与刚才不变,我们来建立一个随机的向量y:

    >> y=rand(10,1)

    y =

       0.780252068321138
       0.389738836961253
       0.241691285913833
       0.403912145588115
       0.096454525168389
       0.131973292606335
       0.942050590775485
       0.956134540229802
       0.575208595078466
       0.059779542947156

    调用autoassociation2函数,计算新的权重向量:

    >> [weight,output]=autoassociation2(x,y,100,10)

    >> wei2 = vpa(weight,4)
     
    wei2 =
     
    [  0.3632,  0.2648,  0.1494,  0.2185,  0.1711,  0.03234,   0.1021,   0.0525,   0.0783,   0.1022]
    [  0.1814,  0.1323, 0.07464,  0.1092, 0.08545,  0.01616,  0.05102,  0.02623,  0.03911,  0.05103]
    [  0.1125, 0.08204, 0.04629, 0.06769, 0.05299,  0.01002,  0.03164,  0.01626,  0.02425,  0.03165]
    [   0.188,  0.1371, 0.07735,  0.1131, 0.08856,  0.01674,  0.05288,  0.02718,  0.04053,  0.05289]
    [  0.0449, 0.03274, 0.01847, 0.02701, 0.02115, 0.003998,  0.01263, 0.006491,  0.00968,  0.01263]
    [ 0.06143,  0.0448, 0.02527, 0.03696, 0.02894, 0.005471,  0.01728, 0.008881,  0.01324,  0.01728]
    [  0.4385,  0.3198,  0.1804,  0.2638,  0.2066,  0.03905,   0.1233,  0.06339,  0.09454,   0.1233]
    [  0.4451,  0.3245,  0.1831,  0.2678,  0.2096,  0.03963,   0.1252,  0.06434,  0.09595,   0.1252]
    [  0.2677,  0.1952,  0.1102,  0.1611,  0.1261,  0.02384,   0.0753,  0.03871,  0.05772,  0.07532]
    [ 0.02783, 0.02029, 0.01145, 0.01674, 0.01311, 0.002478, 0.007826, 0.004023, 0.005999, 0.007827]

    我们用新的权重向量乘以输入向量X,得到:

    >> wei2*x
     
    ans =
     
      0.78025206706038035435231538876711
      0.38973883633138070734800454998065
      0.24169128552326829648772387731088
      0.40391214493521717748970228528981
     0.096454525012533578708031238589194
      0.13197329239315730614229805625988
      0.94205058925325084392983215667686
      0.95613453868470610224455203956065
      0.57520859414884153265933234713389
     0.059779542850546555876784678932704

    可以看到使用训练后的权重向量计算出的结果已经和期待的输出Y向量很接近了。

    所以,在输入向量维度为d,输出向量的维度也为d的情况下,可以使用autoassociation算法来计算输入与输出之间的权重向量。

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