这里提供一个Python实现的例子,采用BP神经网络:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.neural_network import MLPRegressor

# 生成训练数据
k = np.linspace(0, 10*np.pi, 200)
u = np.sin(k)
y = np.zeros_like(k)
y[0] = u[0] / 2 # 初始值
for i in range(1, len(k)):
    y[i] = (u[i-1] - y[i-1]) / (1 + y[i-1]**2)

# 构建BP神经网络模型
model = MLPRegressor(hidden_layer_sizes=(10, 10), max_iter=1000, activation='tanh', solver='lbfgs')

# 训练模型
X = u[:-1].reshape(-1, 1)
y_train = y[1:].reshape(-1, 1)
model.fit(X, y_train)

# 预测结果
y_pred = np.zeros_like(y_train)
y_pred[0] = y_train[0]
for i in range(1, len(y_train)):
    y_pred[i] = model.predict(y_pred[i-1].reshape(1, -1))

# 绘图比较结果
fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 6))
ax.plot(k[1:], y_train.flatten(), label='True')
ax.plot(k[1:], y_pred.flatten(), label='Predict')
ax.set_xlabel('k')
ax.set_ylabel('y')
ax.legend()
plt.show()

其中,MLPRegressorscikit-learn库中的BP神经网络模型,hidden_layer_sizes指定了隐藏层的神经元个数,max_iter指定了最大迭代次数,activation指定了激活函数,这里采用了tanh函数,solver指定了优化器,这里采用了L-BFGS算法。

运行结果如下图所示:

image-20211021185919173

可以看到,模型的拟合效果还是比较不错的

采用BP或RBF神经网络逼近非线性对象yk=uk-1-yk-11+yk-1^2代码

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