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专利号: 201811237688X
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于改进NBA算法的BPNN特征识别方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:步骤1:对面边邻接图进行预处理,提取特征因子最小子图,将属于同一特征的特征因子聚合为复合特征;

步骤2:对聚合完毕后的每一个特征因子进行特征编码,得到特征编码序列;

步骤3:采用二阶振荡机制和差分算法对NBA算法进行改进;

步骤4:以改进的NBA算法优化BP神经网络,并以优化后的BP神经网络进行特征识别。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进NBA算法的BPNN特征识别方法,其特征在于:所述步骤1包括以下步骤:步骤1.1:遍历面边邻接图中的任一个面,对应每个面创建一属性邻接图的顶点,提取每个面的属性作为对应属性邻接图顶点的属性;

步骤1.2:对于面边邻接图中的每两个面,识别两者之间的邻接关系,以邻接关系作为所述两个面的对应边的属性;

步骤1.3:基于步骤1.1和步骤1.2,形成属性邻接图AAG(V,E),其中,V={V1,V2…Vi…Vn}为面边邻接图的顶点集合,面边邻接图中的每一个面都与V中的一个元素对应,E为面边邻接图中两个相交的面之间的边的集合;

步骤1.4:遍历属性邻接图AAG(V,E),提取特征因子最小子图;

步骤1.5:判断任意特征因子最小子图是否存在相交特征,若是,将属于同一特征的特征因子聚合为复合特征,否则,输出所有特征因子最小子图。

3.根据权利要求2所述的一种基于改进NBA算法的BPNN特征识别方法,其特征在于:所述步骤1.3中,Vi为面边邻接图的面属性,包括面的类型、面的凹凸性、外环边的数量、外环边的类型和外环边凹凸性,所述E为面边邻接图的边属性,包括边的凹凸性、曲线、直线以及邻接角度。

4.根据权利要求2所述的一种基于改进NBA算法的BPNN特征识别方法,其特征在于:所述步骤1.4包括以下步骤:步骤1.4.1:将属性邻接图AAG(V,E)以邻接矩阵存储,其中,邻接矩阵的每个元素为a[i][j],a[i][j]为i面和j面相交后产生的数值,个位数[j]以0或1分别表示凹边或凸边,十位数[i]以预设的值对应表示不同的形状;

步骤1.4.2:从初始行查找包含凹边的行,若当前行中不存在任一个元素的个位数为0,则为凸面行,对凸面行进行忽略标记,继续查找下一行,若存在任一行的任一元素中个位数为0,则为凹边,进行下一步;

步骤1.4.3:根据当前被查找行的首个凹边确定矩阵中与当前行相交的行,将所述相交的行作为下一查找行,标记当前处理过的凹边;

步骤1.4.4:以下一查找行为当前被查找行,重复步骤1.4.3,直至邻接矩阵包含的所有凹边被标记,记标记的行数为m,按照行列顺序组成m*m的子图矩阵。

5.根据权利要求2所述的一种基于改进NBA算法的BPNN特征识别方法,其特征在于:所述步骤1.5包括以下步骤:步骤1.5.1:比较任意两个子图矩阵,若无共同面,则比较下两个,若全无共同面,则所有子图矩阵为特征因子最小子图,进行步骤2,否则,进行下一步;

步骤1.5.2:比较两个子图矩阵的特征基面向量,若相同,则对他们共同的面进行延拓,若延拓时没有被实体阻挡,则这两个子图矩阵聚合为复合特征;

步骤1.5.3:更新对应的子图矩阵,返回步骤1.5.1。

6.根据权利要求1所述的一种基于改进NBA算法的BPNN特征识别方法,其特征在于:所述步骤2包括以下步骤:步骤2.1:将聚合完毕后的每一个特征因子的信息转换为面、边、环的权重;

若邻接面为平面,则值为0,若邻接面为凸曲面,则值为1,若邻接面为凹曲面,则值为-

1;

若邻接面内无内环,则值为0,若邻接面内有凹环,则值为5,若有凸环,则值为-1;

若邻接边为直边,根据其凹凸性,则值为1或-1,若邻接边为曲边,根据其凹凸性,则值为2或-2;

当邻接夹角为直角时,值为0,当邻接夹角为钝角时,值为0.5,当邻接夹角为锐角时,值为0.8;

步骤2.2:以Fi为邻接面的权重,Eij为邻接面内的环的权重,Lik为邻接边的权重,Vix为邻接夹角的角度权重,以 计算每一个特征因子的Ai值;

步骤2.3:将Ai值作为当前特征因子的特征编码序列,若编码的维数不足9位则在编码后以1补齐。

7.根据权利要求6所述的一种基于改进NBA算法的BPNN特征识别方法,其特征在于:所述步骤2.1中,邻接边C邻接面A和面B,以(Ax,Ay,Az)为面A上的一点、(Bx,By,Bz)为面B的一点、(Cx,Cy,Cz)为邻接边上一点,令直线BC垂直于面A,面A的法向量为(i,j,k),计算当K>0时邻接边为凹边,K<0时邻接边为凸边。

8.根据权利要求1所述的一种基于改进NBA算法的BPNN特征识别方法,其特征在于:所述步骤3包括以下步骤:步骤3.1:粒子在搜索目标的过程中,令t+1次迭代时,第i个粒子在第j个维度位置时的脉冲频率为fij=fmin+(fmax-fmin)r、速度为 位置更新公式为发送脉冲的频率为 脉冲音强更新公式为

其中,r∈[0,1], 为第t次迭代时的全局最优值,α∈[0,1],γ>0;

步骤3.2:以二阶振荡机制对粒子速度进行改进,改进后得到/1=c1r1,/2=c2r2,其中,.为粒子更新的惯性权重因子,c1为粒子个体的学习因子,c2为粒子群体的学习因子,r1、r2∈[0,1],0i为第i个粒子在第t次迭代时自身的个体最优位置,g表示整个粒子群体当前时刻的群体最优位置;

步骤3.3:以差分进化算法进一步改进NBA算法,t+1次迭代时,第i个粒子在第j个维度的速度为 其中,i≠p1≠p2≠p3,p1、p2、p3分别表示种群中的个体, 为缩放因子,

步骤3.4:设置交叉机制 其中,cr为交

叉概率,jr为粒子维度内的一个随机正整数;

步 骤3 .5 :最 终 得 到t + 1次 迭 代 ,第i 个 粒 子的 最 佳更 新 位 置 为其中,函数f为目标函数。

9.根据权利要求8所述的一种基于改进NBA算法的BPNN特征识别方法,其特征在于:所述步骤3.2中,c1=c1s+(c1e-c1s)*sinω,c2=c2s+(c2e-c2s)*sinω,其中,r3、r4、r∈[0,1],Gmax为最大迭代次数,.s和.e分别为惯性权重的初始值和最终值,t是当前迭代的次数,c1s和c2s为c1和c2的初始值,c1e和c2e为c1和c2的迭代最终值。

10.根据权利要求8所述的一种基于改进NBA算法的BPNN特征识别方法,其特征在于:所述步骤4包括以下步骤:步骤4.1:定义目标函数粒子适应度函数f,n为粒子个体数,每个粒子的维度为j;令最大迭代次数为G;

步骤4.2:将改进后的NBA算法初始化,初始化第i个粒子迭代的位置向量为 速度向量为 粒子频率为 脉冲频度为 音强 i=1,2,3…n;

步骤4.3:计算当前时刻迭代时各粒子的适应度值,找出全局的最佳位置g,并对粒子群更新速度 位置

步骤4.4:产生随机数rand1,若 则以Xnew=Xold+εAt随机产生一个新的位置,Xold为最近一次更新的位置,ε∈[0,1];

若 且将f(Xnew)<f(Xold),则更新粒子的位置至Xnew,并更新脉冲频度更新音强为

若f(Xnew)<f(g),则将Xnew设置为当前全局最优粒子位置;

步骤4.5:产生随机数rand2,如果rand2<cr,则以 代入 进行选择,得到

若 小于上一个全局最优位置的适应度函数

值,则更新粒子位置或全局最优粒子位置;

步骤4.6:计算误差,若误差未达到设定值或迭代次数小于G,则返回步骤4.3,否则,进行下一步;

步骤4.7:输出全局最优个体的适应值和最优位置;

步骤4.8:根据最优位置更新BP神经网络的权值和阈值,建立最优特征识别网络模型,并输出预测结果。