基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的豬肉價格預(yù)警系統(tǒng)建模與仿真

摘 要：鑒于豬肉市場的多變和不可預(yù)測性，對當(dāng)前導(dǎo)致豬肉價格變動等信息進(jìn)行收集、對未來豬肉價格走勢進(jìn)行初步分析。本系統(tǒng)以研究國內(nèi)豬肉價格波動為應(yīng)用課題，開發(fā)了基于C#.NET和MATLAB接口的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測系統(tǒng)。利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近非線性映射能力來進(jìn)行豬肉價格預(yù)測是可行的。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在非線性系統(tǒng)的預(yù)報方面有著十分廣泛的應(yīng)用背景。

關(guān)鍵詞：預(yù)測；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；接口技術(shù)

[中圖分類號]：TP391.9 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]：A

[文章編號]：1002-2139（2013）-3--01

本系統(tǒng)以研究國內(nèi)豬肉價格波動為應(yīng)用課題，開發(fā)了基于C#.NET和MATLAB接口的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測系統(tǒng)。為了提高軟件預(yù)測系統(tǒng)的開發(fā)效率和精度，研究誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在MATLAB2008b環(huán)境下的實驗方法。建立了三層反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，選用tansig（）和purelin（）作為隱層傳遞函數(shù)和輸出層傳遞函數(shù)，采用了梯度下降法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練并對其進(jìn)行仿真。仿真后，網(wǎng)絡(luò)輸出值與測試數(shù)據(jù)較為吻合，達(dá)到了預(yù)設(shè)精度要求，證明訓(xùn)練后的BP網(wǎng)絡(luò)是可行的。探討了MATLAB與C#.NET開發(fā)平臺的接口技術(shù)，能成功實現(xiàn)C#.NET與MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱的調(diào)用。完成了數(shù)據(jù)庫、C#和MATLAB之間的數(shù)據(jù)交互，成功地提高軟件使用效率。結(jié)果表明，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近非線性映射能力來進(jìn)行豬肉價格預(yù)測是可行的。

作為本系統(tǒng)的核心部分，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種多層前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其神經(jīng)元的傳遞函數(shù)是S型函數(shù)，輸出量為0到1之間的連續(xù)量，它可以實現(xiàn)從輸入到輸出的任意非線性映射。由于權(quán)值的調(diào)整采用反向傳播學(xué)習(xí)方法，因此也常稱其為BP網(wǎng)絡(luò)。目前，在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用中，絕大部分的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型都是采用BP網(wǎng)絡(luò)及其變化形式。它也是前向網(wǎng)絡(luò)的核心部分，體現(xiàn)了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的精華。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要運用以下四個方面。

函數(shù)逼近：用輸入向量和相應(yīng)的輸出向量訓(xùn)練一個網(wǎng)絡(luò)以逼近一個函數(shù)。模式識別：用一個待定的輸出向量將它與輸入向量聯(lián)系起來。分類：把輸入向量所定義的合適方式進(jìn)行分類。數(shù)據(jù)壓縮：減少輸出向量維數(shù)以便于傳輸或存儲。前饋網(wǎng)絡(luò)通常有一個或多個隱層中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

本系統(tǒng)采用C/S （Client/Server，客戶機/服務(wù)器）模式進(jìn)行開發(fā)。C/S模式又稱C/S結(jié)構(gòu)，是軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的一種。C/S模式簡單地講就是基于企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用系統(tǒng)。該結(jié)構(gòu)能充分發(fā)揮客戶端PC的處理能力，很多工作可以在客戶端處理后再提交給服務(wù)器。對應(yīng)的優(yōu)點就是客戶端響應(yīng)速度快。

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫使用了3個數(shù)據(jù)表，記錄了影響豬肉價格的因素的信息，分別是：訓(xùn)練數(shù)據(jù)表、測試數(shù)據(jù)表、導(dǎo)出數(shù)據(jù)表。其中基本信息表是用來保存影響豬肉價格因素的數(shù)據(jù)，用于數(shù)據(jù)的導(dǎo)入以及訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使用；測試信息表主要用來記錄測試數(shù)據(jù)，用于系統(tǒng)的仿真預(yù)測；而目標(biāo)信息表則用來對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行導(dǎo)出及保存。

本系統(tǒng)使用.NET提供了ADO.NET組件進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的訪問和操作。主要功能是數(shù)據(jù)庫的連接及訪問。建立一個數(shù)據(jù)連接對象也就是建立了一條通向數(shù)據(jù)庫的管道。要建立一個數(shù)據(jù)庫連接我們需要給數(shù)據(jù)庫連接對象足夠的關(guān)于它要連接的數(shù)據(jù)庫的信息，在這里因為使用的是Access數(shù)據(jù)庫，基本信息包括如連接驅(qū)動的信息以及數(shù)據(jù)庫的路徑等。數(shù)據(jù)庫管理的主要功能便是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入、刪除及瀏覽等基本功能。從而提高數(shù)據(jù)導(dǎo)入效率而編寫的模塊。

首先研究確定影響豬肉價格的主要因素，聯(lián)系實際情況，導(dǎo)致價格波動的可以歸納成3個主要因素；豬肉市場供給因素；豬肉市場需求因素；外在因素。

（1） 影響豬肉供給的因素：疫情；豬肉價格周期性波動規(guī)律；養(yǎng)殖成本。

（2） 影響主場需求的因素：城鄉(xiāng)居民收入快速增長加速了肉價上漲；豬肉的替代作嘔那個導(dǎo)致需求增長。

（3） 外在因素：包括國家宏觀經(jīng)濟(jì)運行環(huán)境，政府宏觀調(diào)控不當(dāng)以及不合理的行業(yè)管理等。

在影響價格的三個因素中，主要考慮能對豬肉走勢產(chǎn)生短期影響的因素進(jìn)行量化分析。豬肉價格的走勢波動受到外在因素影響，市場需求和供給等方面的影響。本次研究選擇了居民可支配收入、CPI、毛豬價格、生豬存欄、仔豬價格、主要飼料價格等六個代表性的指標(biāo)。在這些指標(biāo)中，居民可支配收入主要是從需求方面對豬肉價格施加影響；CPI則影響各個方面，既反映了宏觀經(jīng)濟(jì)走勢，也影響?zhàn)B豬成本，和消費需求；毛豬價格的高低則直接關(guān)系著豬肉價格；生豬存欄量的多少直接決定了未來一段時間市場上可以供給的豬肉數(shù)量是多少；主要飼料價格和仔豬價格都市通過對養(yǎng)豬成本的直接影響來對未來豬肉市場價格產(chǎn)生影響的。

本次數(shù)據(jù)選取2009-2010年成都市區(qū)每月平均的居民可支配收入、CPI、毛豬價格、豬肉價格、仔豬價格、生豬存欄數(shù)、主要飼料價格（玉米、豆粕）為樣本數(shù)據(jù)。確定樣本數(shù)據(jù)后我們將數(shù)據(jù)分為兩組，將除豬肉價格外的其他頭20個月的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練輸入，得到6*20的訓(xùn)練輸入矩陣，后4個月的數(shù)據(jù)作為測試數(shù)據(jù)，得到6*4的測試矩陣。將豬肉價格的前20個月單獨作為訓(xùn)練輸出數(shù)據(jù)，得到1*20的訓(xùn)練輸出矩陣。而豬肉價格的后4個月則作為測試比對數(shù)據(jù)。

接下來，先將原始樣本數(shù)據(jù)預(yù)處理，進(jìn)行歸一化。以提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂速度，增加精度。

當(dāng)仿真后的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動，系統(tǒng)就會預(yù)警。當(dāng)預(yù)測價格是為數(shù)據(jù)庫中最后輸入的10條豬肉價格價格平均值的正負(fù)15%的時候，系統(tǒng)便會給出預(yù)警提示了。

先寫一個方法用來讀取數(shù)據(jù)庫中后10條記錄的值，SQL語句并不能直接完成此任務(wù)，所以我們需要先用select top 10 * from Trains order by Id desc語句顯示出后10條語句，然后再將其豬肉價格保存到數(shù)組之中，累加后方可求出平均值。

本文的創(chuàng)新點研究了基于C#.NET的MATLAB引擎技術(shù)，成功調(diào)用MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱，設(shè)計并實現(xiàn)BP網(wǎng)絡(luò)對國內(nèi)豬肉價格的預(yù)測，是用戶從大量繁瑣的數(shù)學(xué)運算中解脫了出來，極大提高了編程效率。不僅如此，還可以優(yōu)化BP網(wǎng)絡(luò)，以達(dá)到更高的預(yù)測精度。利用了C#進(jìn)行用戶應(yīng)用程序界面設(shè)計的開發(fā)的優(yōu)勢達(dá)到了良好的效果。