• 《MATLAB 神经网络43个案例分析》：第38章 基于Kohonen网络的聚类算法——网络入侵聚类

    《MATLAB 神经网络43个案例分析》：第38章 基于Kohonen网络的聚类算法——网络入侵聚类

    1. 前言

    《MATLAB 神经网络43个案例分析》是MATLAB技术论坛（www.matlabsky.com）策划，由王小川老师主导，2013年北京航空航天大学出版社出版的关于MATLAB为工具的一本MATLAB实例教学书籍，是在《MATLAB神经网络30个案例分析》的基础上修改、补充而成的，秉承着“理论讲解—案例分析—应用扩展”这一特色，帮助读者更加直观、生动地学习神经网络。

    《MATLAB神经网络43个案例分析》共有43章，内容涵盖常见的神经网络（BP、RBF、SOM、Hopfield、Elman、LVQ、Kohonen、GRNN、NARX等）以及相关智能算法（SVM、决策树、随机森林、极限学习机等）。同时，部分章节也涉及了常见的优化算法（遗传算法、蚁群算法等）与神经网络的结合问题。此外，《MATLAB神经网络43个案例分析》还介绍了MATLAB R2012b中神经网络工具箱的新增功能与特性，如神经网络并行计算、定制神经网络、神经网络高效编程等。

    近年来随着人工智能研究的兴起，神经网络这个相关方向也迎来了又一阵研究热潮，由于其在信号处理领域中的不俗表现，神经网络方法也在不断深入应用到语音和图像方向的各种应用当中，本文结合书中案例，对其进行仿真实现，也算是进行一次重新学习，希望可以温故知新，加强并提升自己对神经网络这一方法在各领域中应用的理解与实践。自己正好在多抓鱼上入手了这本书，下面开始进行仿真示例，主要以介绍各章节中源码应用示例为主，本文主要基于MATLAB2015b(32位)平台仿真实现，这是本书第三十八章基于Kohonen网络的聚类算法实例，话不多说，开始！

    2. MATLAB 仿真示例

    打开MATLAB，点击“主页”，点击“打开”，找到示例文件
    在这里插入图片描述
    选中SKohonen.m，点击“打开”

    SKohonen.m源码如下：

    %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%功能：该代码为基于有导师监督的Kohonen网络的分类算法
%环境：Win7，Matlab2015b
%Modi: C.S
%时间：2022-06-21
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%% 该代码为基于有导师监督的Kohonen网络的分类算法
%
% <html>
% <table border="0" width="600px" id="table1">	<tr>		<td><b><font size="2">该案例作者申明：</font></b></td>	</tr>	<tr><td><span class="comment"><font size="2">1：本人长期驻扎在此<a target="_blank" href="http://www.ilovematlab.cn/forum-158-1.html"><font color="#0000FF">板块</font></a>里，对该案例提问，做到有问必答。本套书籍官方网站为：<a href="http://video.ourmatlab.com">video.ourmatlab.com</a></font></span></td></tr><tr>		<td><font size="2">2：点此<a href="http://union.dangdang.com/transfer/transfer.aspx?from=P-284318&backurl=http://www.dangdang.com/">从当当预定本书</a>：<a href="http://union.dangdang.com/transfer/transfer.aspx?from=P-284318&backurl=http://www.dangdang.com/">《Matlab神经网络30个案例分析》</a>。</td></tr><tr>	<td><p class="comment"></font><font size="2">3</font><font size="2">：此案例有配套的教学视频，视频下载方式<a href="http://video.ourmatlab.com/vbuy.html">video.ourmatlab.com/vbuy.html</a></font><font size="2">。 </font></p></td>	</tr>			<tr>		<td><span class="comment"><font size="2">		4：此案例为原创案例，转载请注明出处（《Matlab神经网络30个案例分析》）。</font></span></td>	</tr>		<tr>		<td><span class="comment"><font size="2">		5：若此案例碰巧与您的研究有关联，我们欢迎您提意见，要求等，我们考虑后可以加在案例里。</font></span></td>	</tr>		</table>
% </html>
%% 清空环境变量
clc
clear
tic
%% 数据处理
load data
input=datatrain(:,1:38);
attackkind=datatrain(:,39);

%数据归一化
inputn=input;
[nn,mm]=size(inputn);
[b,c]=sort(rand(1,nn));

%网络期望输出
for i=1:nn
    switch attackkind(i)
        case 1 
            output(i,:)=[1 0 0 0 0];
        case 2
            output(i,:)=[0 1 0 0 0];
        case 3
            output(i,:)=[0 0 1 0 0];
        case 4
            output(i,:)=[0 0 0 1 0];
        case 5
            output(i,:)=[0 0 0 0 1];
    end
end

%训练数据
input_train=inputn(c(1:4000),:);
output_train=output(c(1:4000),:);

%% 网络构建
%输入层节点数
Inum=38; 

%Kohonen网络
M=6;
N=6; 
K=M*N;%Kohonen总节点数
g=5; %输出层节点数

%Kohonen层节点排序
k=1;
for i=1:M
    for j=1:N
        jdpx(k,:)=[i,j];
        k=k+1;
    end
end

%学习率
rate1max=0.1;   
rate1min=0.01;
rate2max=1;   
rate2min=0.5;
%学习半径
r1max=1.5;         
r1min=0.4;

%权值初始化
w1=rand(Inum,K);    %第一层权值
w2=zeros(K,g);   %第二层权值

%% 迭代求解
maxgen=10000;
for i=1:maxgen
    
    %自适应学习率和相应半径
    rate1=rate1max-i/maxgen*(rate1max-rate1min);
    rate2=rate2min+i/maxgen*(rate2max-rate2min);
    r=r1max-i/maxgen*(r1max-r1min);
        
    %从数据中随机抽取
    k=unidrnd(4000);   
    x=input_train(k,:);
    y=output_train(k,:);

    %计算最优节点
    [mindist,index]=min(dist(x,w1));
    
    %计算周围节点
    d1=ceil(index/6);
    d2=mod(index,6);
    nodeindex=find(dist([d1 d2],jdpx')<=r);
    
    %权值更新
    for j=1:length(nodeindex)
        w1(:,nodeindex(j))=w1(:,nodeindex(j))+rate1*(x'-w1(:,nodeindex(j)));
        w2(nodeindex(j),:)=w2(nodeindex(j),:)+rate2*(y-w2(nodeindex(j),:));
    end
end

%% 聚类结果
Index=[];
for i=1:4000
    [mindist,index]=min(dist(inputn(i,:),w1));
    Index=[Index,index];
end

inputn_test=datatest(:,1:38);

%样本验证
for i=1:500
    x=inputn_test(i,:);
    %计算最小距离节点
    [mindist,index]=min(dist(x,w1));
    [a,b]=max(w2(index,:));
    outputfore(i)=b;
end

length(find((datatest(:,39)-outputfore')==0))

plot(outputfore,'linewidth',1.5)
hold on
plot(datatest(:,39),':r','linewidth',1.5)
title('网络分类','fontsize',12)
xlabel('数据样本','fontsize',12)
ylabel('分类类别','fontsize',12)
legend('预测类别','期望类别')
% web browser www.matlabsky.com
%%
% <html>
% <table width="656" align="left" >	<tr><td align="center"><p><font size="2"><a href="http://video.ourmatlab.com/">Matlab神经网络30个案例分析</a></font></p><p align="left"><font size="2">相关论坛：</font></p><p align="left"><font size="2">《Matlab神经网络30个案例分析》官方网站：<a href="http://video.ourmatlab.com">video.ourmatlab.com</a></font></p><p align="left"><font size="2">Matlab技术论坛：<a href="http://www.matlabsky.com">www.matlabsky.com</a></font></p><p align="left"><font size="2">M</font><font size="2">atlab函数百科：<a href="http://www.mfun.la">www.mfun.la</a></font></p><p align="left"><font size="2">Matlab中文论坛：<a href="http://www.ilovematlab.com">www.ilovematlab.com</a></font></p></td>	</tr></table>
% </html>
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    添加完毕，点击“运行”，开始仿真，输出仿真结果如下：

    
ans =

   493

时间已过 0.827193 秒。

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    在这里插入图片描述

    3. 小结

    Kohonen网络是2001年芬兰科学家Kohonen提出的，是一种称为 自组织特征映射的网络(Self-Organizing feature Map, SOM),属人工神经网络的范畴，是数据挖掘中的无指导学习算法，被广泛应用于聚类分析问题中。
    聚类算法主要涉及如何测度数据点之间的“亲疏程度”以及以怎样的方式实施聚类。Kohonen网络解决这两个问题的基本策略如下：1，采用欧氏距离作为数据点“亲疏程度”的测度,通常适合于数值型聚类变量,但也能够处理重新编码后的分类型聚类变量；2，模拟人脑神经细胞的机理，引入竞争机制，巧妙实现聚类过程。对本章内容感兴趣或者想充分学习了解的，建议去研习书中第三十八章节的内容。后期会对其中一些知识点在自己理解的基础上进行补充，欢迎大家一起学习交流。

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/sinat_34897952/article/details/125360623