文件編號：B239

文件大?。?/strong>19.6M

開發(fā)環(huán)境：Matlab2018、2020

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簡要概述：基于誤差反向傳播算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人臉表情分類識別系統(tǒng)，利用PCA（主成分分析法）對人臉圖像進(jìn)行降維并提取主成分特征，利用K-交叉檢驗法訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

表情分類識別系統(tǒng)的組成

本次課程設(shè)計中，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人臉表情識別系統(tǒng)由3部分組成，分別是：數(shù)據(jù)預(yù)處理，PCA特征提取和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器。

基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人臉表情識別系統(tǒng)

1.數(shù)據(jù)預(yù)處理

本次課程設(shè)計中所涉及到的數(shù)據(jù)是近4000幅維度為128×128的人臉灰度圖像，在進(jìn)行PCA特征提取之前，我們需要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化是指將數(shù)據(jù)按比例縮放，使之落于一個小的特定區(qū)間，從而去除數(shù)據(jù)的單位限制，將其轉(zhuǎn)換為無量綱的純數(shù)值，便于不同單位或量級的指標(biāo)能夠進(jìn)行比較和加權(quán)。此外，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化還可以提升模型的收斂速度和精度。針對PCA特征提取降維，本次課程設(shè)計采用零均值標(biāo)準(zhǔn)化（z-score標(biāo)準(zhǔn)化）。

2.PCA特征提取

本文中，待識別樣本是維度為128×128的人臉灰度圖像，即每個樣本有多達(dá)16384個特征，要在如此高維的空間中研究樣本的分布規(guī)律顯然是十分麻煩且困難的，同時這些特征之間存在著一定的相關(guān)性，從而使得這些特征在一定程度上有信息的重疊。PCA通過采取降維的方式，找出主成分特征來代表原來數(shù)以萬計的特征，以降低特征空間的維度，使后續(xù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計在計算上更容易實現(xiàn)，同時消除原有特征之間的相關(guān)度，減少數(shù)據(jù)信息的冗余，更有利于分類。

3.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種具有三層或三層以上的多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，每一層都由若干個神經(jīng)元組成，如圖2所示，它的左右各層之間各個神經(jīng)元實現(xiàn)全連接，即左層的每一個神經(jīng)元與右層的每個神經(jīng)元都由連接，而上下各神經(jīng)元之間無連接，如圖3所示。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)按有導(dǎo)師學(xué)習(xí)方式進(jìn)行訓(xùn)練，當(dāng)一對學(xué)習(xí)模式提供給網(wǎng)絡(luò)后，其神經(jīng)元的激活值將從輸入層經(jīng)由各隱含層向輸出層傳播，在輸出層的各神經(jīng)元輸出對應(yīng)輸入模式的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)。之后，按照減少期望輸出與實際輸出誤差的原則，從輸出層經(jīng)由各隱含層，最后回到輸入層逐層修正各連接權(quán)值。由于這種修正過程是從輸出層到輸入層逐層進(jìn)行的，所以稱之為“誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ā?，隨著這種誤差逆?zhèn)鞑ビ?xùn)練的不斷進(jìn)行，網(wǎng)絡(luò)對輸入模式響應(yīng)的正確率也將不斷提高。

按需寫作：

識別結(jié)果分析與分析比較

Newff函數(shù)構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

利用Matlab自帶的newff函數(shù)生成三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過n×K次循環(huán)，訓(xùn)練集用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，測試集用于測試，計算K個訓(xùn)練形成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識別率進(jìn)而計算n×K次平均識別率，同時記錄最高識別率和最低識別率，作為人臉表情識別系統(tǒng)的性能指標(biāo)。

參數(shù)調(diào)節(jié)后結(jié)果比較

運(yùn)行結(jié)果如圖所示

方差結(jié)果如圖所示

交叉驗證準(zhǔn)確率如圖所示

(運(yùn)行時間1個小時20分鐘)

激活函數(shù)與訓(xùn)練函數(shù)的初步比較

在激活函數(shù)和訓(xùn)練函數(shù)的初步比較我們可以看出，任何一種參數(shù)組合都會導(dǎo)致較低的最低識別率出現(xiàn)，而最高識別率則都維持在75~85%，因此這兩個指標(biāo)都不能作為后續(xù)激活函數(shù)和訓(xùn)練函數(shù)選取的標(biāo)準(zhǔn)。從平均識別率上看，traingda-log/tansig-softmax的組合具有較好的表現(xiàn)，這和比較預(yù)期和一般經(jīng)驗是相符合的：softmax適用于多分類，做為輸出層激活函數(shù)是較為合適的，而隱含層激活函數(shù)從經(jīng)驗上看常選用log/tansig，訓(xùn)練函數(shù)traingda也即自適應(yīng)lr的梯度下降法，屬于變學(xué)習(xí)速率，既能加快學(xué)習(xí)過程，同時又不引起振蕩。

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文件目錄

 ├ 1.項目源碼

 └ 2.演示視頻(因為運(yùn)行時間1個小時20分，所以暫時不提供視頻)