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SAS使用鸢尾花(iris)数据集训练人工神经网络(ANN)模型

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什么是神经网络？

人工神经网络最初是由研究人员开发的，他们试图模仿人脑的神经生理学。通过将许多简单的计算元素（神经元或单元）组合成高度互连的系统，这些研究人员希望产生诸如智能之类的复杂现象。神经网络是一类灵活的非线性回归，判别模型。通过检测数据中复杂的非线性关系，神经网络可以帮助做出有关实际问题的预测。

神经网络对于存在以下条件的预测问题特别有用：

尚无将输入与输出相关的数学公式。
预测模型比解释模型更重要。
有很多训练数据。

神经网络的常见应用包括信用风险评估，营销和销售预测。

neuralNet 基于多层感知器（MLP），具有以下特征：

有任意数量的输入
在隐藏层和输出层中使用线性组合函数
在隐藏层中使用S型激活函数
具有一个或多个包含任意数量单位的隐藏层

使用神经网络函数

该 neuralNet 通过最小化的目标函数训练网络。

开发神经网络时，需要做出许多参数选择：要使用的输入数量，要使用的基本网络体系结构，要使用的隐藏层数量，每个隐藏层的单位数量，要使用的激活函数使用等等。

您可能根本不需要任何隐藏层。线性模型和广义线性模型可用于多种应用。而且，即使要学习的函数是轻微的非线性，如果数据太少或噪声太大而无法准确估计非线性，使用简单的线性模型也可能会比使用复杂的非线性模型获得更好的效果。最简单的方法是从没有隐藏单元的网络开始，然后一次添加一个隐藏单元。然后估计每个网络的误差。当误差增加时，停止添加隐藏的单位。

如果有足够的数据，足够多的隐藏单元和足够的训练时间，则只有一个隐藏层的MLP可以学习到几乎任何函数的准确性。

生成神经网络模型的独立SAS评分代码

训练和验证神经网络模型后，可以使用该模型对新数据进行评分。可以通过多种方式对新数据进行评分。一种方法是提交新数据，然后运行模型，通过SAS Enterprise Miner或SAS Visual Data Mining and Machine Learning使用数据挖掘来对数据进行评分，以生成评分输出。

本示例说明如何使用 neuralNet操作为ANN模型生成独立的SAS评分代码。SAS评分代码可以在没有SAS Enterprise Miner许可证的SAS环境中运行。

创建和训练神经网络

annTrain 将创建并训练一个人工神经网络（ANN），用于分类，回归的函数。

本示例使用Iris 数据集创建多层感知器（MLP）神经网络。Fisher（1936）发表的Iris数据包含150个观测值。萼片长度，萼片宽度，花瓣长度和花瓣宽度以毫米为单位测量从各三个物种50个标本。四种测量类型成为输入变量。种类名称成为名义目标变量。目的是通过测量其花瓣和萼片尺寸来预测鸢尾花的种类。

您可以通过以下DATA步骤来将数据集加载到会话中。

 data mycas.iris;
    set sashelp.iris;
 run;

Iris数据中没有缺失值。这是很重要的，因为annTrain 操作将从模型训练中剔除包含缺失数据的观察值。如果要用于神经网络分析的输入数据包含大量缺失值的观测值，则应在执行模型训练之前替换或估算缺失值。因为Iris数据不包含任何缺失值，所以该示例不执行变量替换。

该示例使用 annTrain 来创建和训练神经网络。神经网络根据其萼片和花瓣的长度和宽度（以毫米为单位）的输入来预测预测鸢尾花种类的函数。


    target="species"                                               
    inputs={"sepallength","sepalwidth","petallength","petalwidth"}  
    nominals={"species"}                                            
    hiddens={2}                                                     
    maxiter=1000                                                   
    seed=12345                                                 
    randDist="UNIFORM"                                            
    scaleInit=1                                                 
    combs={"LINEAR"}                                           
    targetAct="SOFTMAX"                                        
    errorFunc="ENTROPY"                                      
    std="MIDRANGE"                                             
    validTable=vldTable

使用sampling.Stratified 操作Iris 按目标变量对输入数据进行分区 Species。
将分区指示列添加 _Partind_ 到输出表。该_Partind_ 列包含映射到数据分区的整数值。
创建一个由30％的表观察值组成的采样分区 Species。剩余的70％的表观测值构成第二个分区。
指定12345 要用于采样函数的随机种子值。
命名sampling_stratified 操作创建的输出表（带有新的分区信息列） iris_partitioned。如果内存中存在具有该名称的表，则现有表将被新iris_partitioned 表内容覆盖。
在源表中指定所有变量，将其传输到采样的表中。
使用新添加的分区列中的数据创建单独的表，以进行神经网络训练和验证。令训练表trnTable 为表中所有观察iris_partitioned 值的子集，其中列的整数值 _Partind_ 等于1。
使用新添加的分区列中的数据创建单独的表，进行神经网络训练和验证。假设验证表vldTable 是表中所有观察iris_partitioned 值的子集，其中列的整数值 _Partind_ 等于0。
annTrain 通过使用trnTable 带有目标变量的表，来创建和训练MLP神经网络 Species。
指定四个输入变量用作ANN分析的分析变量。
要求将目标变量 Species 视为分析的名义变量。
为神经网络前馈模型中的每个隐藏层指定隐藏神经元的数量。例如， hiddens={2} 用两个隐藏的神经元指定一个隐藏层。
指定在寻求目标函数收敛时要执行的最大迭代次数。
指定用于执行采样和分区任务的随机种子。
要求将UNIFORM分布用于随机生成初始神经网络连接权重。
指定连接权重的比例因子，该比例是相对于上一层中的单位数的。scaleInit 参数的默认值为 1。将参数的值设置 scaleInit 为2会增加连接权重的比例。
为每个隐藏层中的神经元指定LINEAR组合函数。
在输出层中为神经元指定激活函数。默认情况下，SOFTMAX函数用于名义变量。
指定误差函数来训练网络。ENTROPY是名义目标的默认设置。
指定要在区间变量上使用的标准化。当 std 参数的值为MIDRANGE时，变量将标准化到0和1。
指定要用于验证表的输入表名称。这样可以通过使用optmlOpt 参数来尽早停止迭代过程。
指定 Nnet_train_model 作为输出表。
启用神经算法求解器优化工具。
指定250次最大迭代以进行优化，并指定1E–10作为目标函数的阈值停止值。
启用LBFGS算法。LBFGS是准牛顿方法族中的一种优化算法，它通过使用有限的计算机内存来近似Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno（BFGS）算法。
使用频率参数来设置验证选项。当 frequency 参数的值为1时，将在每个时期进行验证。当 frequency 为0时，将不进行任何验证。

输出显示数据的概述。

输出：列信息

来自table.columnInfo的结果