淺談神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在智能建筑中的應(yīng)用

賈文琦

摘要：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是在模仿人腦處理問(wèn)題的過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型智能信息處理理論，通過(guò)對(duì)人腦的形象思維、聯(lián)想記憶等進(jìn)行模仿和抽象以實(shí)現(xiàn)與人腦相似的學(xué)習(xí)、識(shí)別、記憶等信息處理能力。由于它的非線性、并行處理、自適應(yīng)、自組織等特性，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，智能建筑也不例外。本文將介紹一下神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，再介紹其在智能建筑中應(yīng)用的幾個(gè)方面。

關(guān)鍵詞：智能建筑；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；學(xué)習(xí)；圖像識(shí)別；空調(diào)系統(tǒng)控制；

一、 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)介紹

大腦是人類最性感的器官，在大腦中大約有860億神經(jīng)元細(xì)胞，它們之間互相連接，傳遞著大小不同、頻率不同的電信號(hào)來(lái)傳遞信息，就像分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，但比其復(fù)雜性要高上很多個(gè)數(shù)量級(jí)。多虧了他們，我們?nèi)祟悡碛谐錾慕鉀Q各種問(wèn)題，如非線性問(wèn)題、并行問(wèn)題、自適應(yīng)問(wèn)題。我們的記憶、判斷與情感都是這些問(wèn)題的具象化，我們每一天都使用我們的大腦去解決這些看上去簡(jiǎn)單，實(shí)則困難的問(wèn)題。

當(dāng)腦科學(xué)家揭示了人腦工作的本質(zhì)時(shí)，就有人大膽提出“用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)而解決問(wèn)題”。在認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、腦科學(xué)、心理學(xué)、信息學(xué)還有數(shù)學(xué)的孕育下，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就此誕生了。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是一種有向圖，它具有有向圖具有的一切要素：節(jié)點(diǎn)，有向弧。只不過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)把節(jié)點(diǎn)稱為神經(jīng)元，而有向弧稱為連接神經(jīng)元的神經(jīng)。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有用就有用在模式識(shí)別上，這也是它與人類智能具有相似性的原因所在。對(duì)于判斷一個(gè)動(dòng)物是貓還是狗，對(duì)于人類很簡(jiǎn)單，但對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)難上加難，但如果借用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，再給其大量的數(shù)據(jù)來(lái)加以訓(xùn)練，計(jì)算機(jī)的判斷可能比人類還要準(zhǔn)確。

我們首先要從需要判斷的事物找出一些可以數(shù)字化的特征值（如叫聲頻率，顏色波長(zhǎng)分布，體重身高。），然后大致設(shè)計(jì)好神經(jīng)架構(gòu)（合適的層數(shù)），給出一個(gè)初始權(quán)重值分配（任意給），然后把剛剛數(shù)字化的特征輸入到計(jì)算機(jī)里，如果計(jì)算機(jī)判斷錯(cuò)誤，那就告訴它，它會(huì)重溯其判斷過(guò)程的邏輯網(wǎng)絡(luò)，改變每一個(gè)特征值權(quán)重的大小，然后我們?cè)俅谓o它樣本來(lái)判斷。學(xué)習(xí)樣本量越大，其判斷的精度越高。其實(shí)，這種訓(xùn)練和我們剛出生時(shí)是一樣的，我們并不知道“汪汪”叫的就是狗，“喵喵”叫的就是貓，也并不知道貓也可能是黑色的，狗也可能是純白色的，經(jīng)過(guò)很多次父母的教導(dǎo)，才能慢慢明白顏色的權(quán)重太小，還是聲音最靠譜，起碼在真實(shí)世界這個(gè)學(xué)習(xí)樣本中，我們沒(méi)見(jiàn)過(guò)有“汪汪”叫的貓呢。

二、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在智能建筑中的應(yīng)用

要管理好一幢現(xiàn)代化建筑，使其可靠、安全、協(xié)調(diào)、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，這就對(duì)建筑設(shè)備自動(dòng)控制水平、控制設(shè)備功能、快速效應(yīng)的能力和運(yùn)行管理水平提出了更高的要求，而具有學(xué)習(xí)與自適應(yīng)能力的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為一切都提供了可能。

1. 圖像識(shí)別

受安全保護(hù)的建筑可以通過(guò)人臉識(shí)別辨識(shí)試圖進(jìn)入者的身份。人臉識(shí)別系統(tǒng)可用于企業(yè)、住宅安全和管理。如人臉識(shí)別門禁考勤系統(tǒng)，人臉識(shí)別防盜門等。

我們將該建筑允許的進(jìn)入者的大量圖片作為學(xué)習(xí)樣本，讓人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)自適應(yīng)地學(xué)習(xí)去調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)各處權(quán)重，學(xué)習(xí)完成后，將其算法植入設(shè)備中，該設(shè)備投入使用。

與傳統(tǒng)的身份鑒定方式相比，人臉識(shí)別是的最大特點(diǎn)就是更具保密性，

它可以一秒時(shí)間內(nèi)識(shí)別多次，并且不會(huì)使人察覺(jué)到。這種操作隱蔽性強(qiáng)的特點(diǎn)很重要，它不會(huì)引起進(jìn)入者的反感與抵觸。

2.空調(diào)系統(tǒng)自控

傳統(tǒng)空調(diào)的溫度控制是多回路PID控制，采用偏差的比例、積分和微分的純線性組合構(gòu)成的控制量去控制系統(tǒng)，對(duì)非線性的輸入響應(yīng)較差，對(duì)線性輸入響應(yīng)也較差，這表明它不能及時(shí)地根據(jù)室內(nèi)溫度變化，及時(shí)調(diào)整工作狀態(tài)，且壓縮機(jī)的開與停也對(duì)壓縮機(jī)的壽命減少。

后來(lái)，人們采用模糊控制算法，克服了上述PID的一些弊端，這種在模糊控制算法下的控制系統(tǒng)采用if…then…型的模糊控制規(guī)則組成控制器，實(shí)現(xiàn)專家控制，所謂專家控制就是指把操作對(duì)象的動(dòng)作規(guī)范化。

模糊控制算法雖然克服了傳統(tǒng)PID控制方法的缺陷，但它還是不夠智能、不夠人性化：它沒(méi)有明確的控制結(jié)構(gòu)，它所依賴的控制規(guī)則是人們對(duì)受控過(guò)程認(rèn)識(shí)的歸納下控制經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，隸屬函數(shù)與控制規(guī)則已經(jīng)被人固定，人的經(jīng)驗(yàn)的準(zhǔn)確性直接影響到空調(diào)控制系統(tǒng)的效果，不適合被控過(guò)程的變化，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生突變，又或是儀器儀表受到磨損，它無(wú)法自我調(diào)整，自我改變，它只能一條路走到黑，缺乏自學(xué)習(xí)與自調(diào)整能力，嚴(yán)重影響了控制的效果。

所以呢，對(duì)于這個(gè)變化多端的真實(shí)世界，就要用變化多端的算法來(lái)描述，

非線性時(shí)變得人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)首當(dāng)其沖，計(jì)算機(jī)學(xué)家將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊算法結(jié)合起來(lái)，達(dá)到了理想的效果。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法下的空調(diào)展望：

在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法下，空調(diào)系統(tǒng)將會(huì)更加智能，讓我們大膽地想象一下吧！

每個(gè)人都有一個(gè)關(guān)鍵的傳感器，傳感器與移動(dòng)設(shè)備如手機(jī)連接，每個(gè)人的身體狀態(tài)都會(huì)傳輸給手機(jī)，而手機(jī)也會(huì)將身體狀態(tài)與這個(gè)人的社交軟件的大量信息傳到互聯(lián)網(wǎng)上與空調(diào)系統(tǒng)共享，空調(diào)系統(tǒng)會(huì)綜合每一個(gè)進(jìn)入該房間的人的身體狀態(tài)與社交信息分析來(lái)的冷熱傾向、個(gè)人喜好、文化、政治立場(chǎng)來(lái)制定運(yùn)行策略，甚至可以根據(jù)你身體的一些小毛病來(lái)在空調(diào)箱中來(lái)調(diào)配氧氣濃度、治愈氣體濃度來(lái)幫助你身體的康復(fù)，如果你想要一個(gè)能夠促進(jìn)你思考的環(huán)境，也可以通過(guò)移動(dòng)設(shè)備來(lái)指揮空調(diào)，空調(diào)會(huì)按照已有的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)更改空氣狀態(tài)創(chuàng)造出最適合你思考的氣象參數(shù)，如果你想快速的睡個(gè)懶覺(jué)也可以，空調(diào)會(huì)在空調(diào)箱中自動(dòng)加入微量催眠氣體。

如果有足夠多的傳感器與小型風(fēng)口，空調(diào)也可以幫你在你家中制造出你想要的風(fēng)速場(chǎng)，讓污染物多的地方形成渦流，不會(huì)逃逸到其他地方，讓你工作的地方風(fēng)速稍大一些，保持你的頭腦清醒，讓你睡覺(jué)的地方風(fēng)小一些，防止你中風(fēng)，在廁所門前形成一道風(fēng)墻，防止臭味進(jìn)入廚房。

空調(diào)，將會(huì)越來(lái)越像我們的朋友。

三、 結(jié)語(yǔ)

智能建筑的時(shí)代先進(jìn)的算法將會(huì)使得機(jī)器與人的界限越來(lái)越模糊，智能化建筑的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。

先進(jìn)的算法與普及的互聯(lián)網(wǎng)使得線上生活和線下生活的界限已經(jīng)模糊，這種界限也許會(huì)最終消失。人類與智能機(jī)器之間的關(guān)系將為我們的社會(huì)生活帶來(lái)新的圖景和問(wèn)題，也許，在未來(lái)，人類與智能機(jī)器將不再是對(duì)立的概念，也許隨著科技的發(fā)展，我們也會(huì)意識(shí)到，人也是一種高度智能化的機(jī)器吧。endprint