混凝土性能预测的神经网络方法
摘 要: 配合比设计是混凝土工程成败的关键, 影响高性能混凝土配合比设计的因素很多, 但由于科学技术
水平限制, 要建立各因素之间的数学关目前还有困难。本文利用神经网络方法建立了高性能混凝土配合比
设计的 BP 网络模型,为混凝土的配合比设计开辟了一条途径。
关键词:混凝土 配合比 神经网络
1 引言
高性能混凝土配合比的设计是耐久性研究的基础,混凝土配合比的设计目标也从按单
一强度指标设计转变为按工作性、强度和耐久性的多目标设计。常规的做法主要是通过试配,
在不同的龄期进行相关指标的检测,而这必然耗费大量的时间、人力、物力及财力,有效的
预测模型无疑能缩减不必要的实验,大幅度提高工作效率。
近年来,随着计算机和生命科学的进步,人工神经网络理论和模型得到了迅速发展,在
工程界得到了广泛应用
[i][ii]
,为混凝土耐久性设计提供了有力的支持。
2 ANNs 简介
人工神经网络( Artificial Neural Networks , 简写为 ANNs )也简称为神经网络
(NNs)或称作连接模型(Connectionist Model) ,是对人脑或自然神经网络(Natural
Neural Network)若干基本特性的抽象和模拟。人工神经网络以对大脑的生理研究成果为基
础的,其目的在于模拟大脑的某些机理与机制,实现某个方面的功能。目前人工神经网络模
型有几十种,其中基于 BP 算法的多层神经网络模型(简称 BP 网络)是应用较多的模型之
一。
BP 算法由两部分组成:信息的正向传递与误差的反向传播.在正向传播过程中,输入
信息从输入经隐含层逐层计算传向输出层,每一层神经元的状态只影响下一层神经元的状态。
如果在输出层没有得到期望的输出,则计算输出层的误差变化值,然后转向反向传播,通过
网络将误差信号沿原来的连接通路反传回来修改各层神经元的权值,逐次向输入层传播进行
计算,再经过正向传播过程,这两个传播过程反复运用,使误差信号满足实际需要.此过程
见图 1。以二层 BP 网络为例,设输入为 P,输入神经元有 r 个,隐含层内有 S1 个神经元,
激活函数为 f1,输出层内有 S2 个神经元,对应的激活函数为 f2,输出为 A,目标矢量为
T。隐含层第 i 个神经元的输出为:
(1)
其中:P
j
—第 j 个输入神经元;
w1
ij
—第 j 个输入神经元,第 i 个隐层神经元之间的权值 ;
b1
i
—第 i 个隐层神经元的阙值。
输出层第 k 个神经元的输出为:
)22(22
1
1
kiki
s
i
k
bPwfa ���
�
(2)
其中:w2
ki
—第 k 个输出神经元,第 i 个隐层神经元之间的权值;
b2
k
—第 k 个输出神经元的阙值。
定义误差函数为: