基于BP神经网络的苦瓜生长含水量预测模型matlab仿真

1.算法运行效果图预览

(完整程序运行后无水印)

 

T表示温度，v表示风速，h表示模型厚度

 

2.算法运行软件版本

matlab2022a

 

3.部分核心程序

（完整版代码包含详细中文注释和操作步骤视频）

 

for i = 1:13;
    figure;
    subplot(211);
    plot(y1{i},'ro');
    hold on
    plot(Train_output1{i},'b');
    xlabel('times');
    ylabel('水分比');
    legend('BP神经网络输出水分比','实际测量水分比');
    title(NAME{i});
    grid on
    subplot(212);
    plot(y1{i}-Train_output1{i}' ,'b-*');
    xlabel('times');
    ylabel('水分比误差');
    grid on
    ylim([-1,1]);
end
%风速变化显示
figure;
subplot(121);
plot(y1{1},'r-o');
hold on
plot(y1{2},'b-s');
hold on
plot(y1{3},'k-*');
hold on
plot(y1{4},'m-^');
hold on
xlabel('times');
ylabel('水分比');
legend('T=55,v=0.3,h=3','T=55,v=0.6,h=3','T=55,v=0.9,h=3','T=55,v=1.2,h=3');
grid on
title('BP神经网络输出');
ylim([0,1.2]);
subplot(122);
plot(Train_output1{1},'r-o');
hold on
plot(Train_output1{2},'b-s');
hold on
plot(Train_output1{3},'k-*');
hold on
plot(Train_output1{4},'m-^');
hold on
xlabel('times');
ylabel('水分比');
legend('T=55,v=0.3,h=3','T=55,v=0.6,h=3','T=55,v=0.9,h=3','T=55,v=1.2,h=3');
grid on
title('测量值');
grid on
ylim([0,1.2]);
%厚度变化显示
figure;
subplot(121);
plot(y1{5},'r-o');
hold on
plot(y1{6},'b-s');
hold on
plot(y1{7},'k-*');
hold on
plot(y1{8},'m-^');
hold on
xlabel('times');
ylabel('水分比');
legend('h=3,T=55,v=0.9','h=6,T=55,v=0.9','h=9,T=55,v=0.9','h=12,T=55,v=0.9');
grid on
title('BP神经网络输出');
ylim([0,1.2]);
subplot(122);
plot(Train_output1{5},'r-o');
hold on
plot(Train_output1{6},'b-s');
hold on
plot(Train_output1{7},'k-*');
hold on
plot(Train_output1{8},'m-^');
hold on
xlabel('times');
ylabel('水分比');
legend('h=3,T=55,v=0.9','h=6,T=55,v=0.9','h=9,T=55,v=0.9','h=12,T=55,v=0.9');
grid on
title('测量值');
grid on
ylim([0,1.2]);
%温度变化显示
figure;
subplot(121);
plot(y1{9},'r-o');
hold on
plot(y1{10},'b-s');
hold on
plot(y1{11},'k-*');
hold on
plot(y1{12},'m-^');
hold on
plot(y1{13},'c->');
hold on
xlabel('times');
ylabel('水分比');
legend('T=45,v=0.9,h=3','T=55,v=0.9,h=3','T=65,v=0.9,h=3','T=60,v=0.9,h=3','T=50,v=0.9,h=3');
grid on
title('BP神经网络输出');
ylim([0,1.2]);
subplot(122);
plot(Train_output1{9},'r-o');
hold on
plot(Train_output1{10},'b-s');
hold on
plot(Train_output1{11},'k-*');
hold on
plot(Train_output1{12},'m-^');
hold on
plot(Train_output1{13},'c->');
hold on
xlabel('times');
ylabel('水分比');
legend('T=45,v=0.9,h=3','T=55,v=0.9,h=3','T=65,v=0.9,h=3','T=60,v=0.9,h=3','T=50,v=0.9,h=3');
grid on
title('测量值');
grid on
ylim([0,1.2]);
05_060m

　　

 

4.算法理论概述

       BP（Back Propagation）神经网络是一种常用的前馈神经网络，广泛应用于模式识别、数据拟合、分类等领域。其核心思想是利用梯度下降法调整网络权值，最小化预测输出与实际输出之间的误差。BP神经网络通常由输入层、一个或多个隐藏层和输出层组成。假设有一个单隐藏层的BP神经网络，其结构可以用以下公式表示：

 

 

 

       激活函数用于引入非线性特性，常见的激活函数包括Sigmoid函数、ReLU函数等。这里我们以Sigmoid函数为例：

 

 

 

       水分含量是农产品出售、贮藏及加工中考虑的重要因素。干燥是一个复杂的过程，通常涉及到热量和水分的转移，即是传热传质。为了对花椒的真空干燥过程进行直观的分析，通过绘制干燥曲线对干燥过程进行描述，能够较准确地预测干燥过程中水分变化规律，国内外学者对物料的干燥过程进行了建模分析，最先由Lewis在1921年提出了干燥理论，并建立了Lewis模型，后来的学者在此干燥理论基础上衍生了更多的干燥理论及模型，为实际生产提供理论基础。

 

       引用BP神经网络对试验样本数据对机器进行训练，能够对未知的样本的变化规律进行预测，避免了繁琐的数学建模。为了探究BP神经网络在花椒真空干燥过程中的应用效果，使用BP神经网络对花椒真空干燥过程中物料的水分比变化规律进行预测和模型的建立，验证BP神经网络模型的应用效果，为干燥理论的研究提供可靠的依据。

 

苦瓜生长含水量预测模型

 

输入特征：温度T、风速V、厚度H等。

输出：苦瓜的预测含水量。