人工神經網路（Artificial Neural Network，即ANN ），是20世紀80 年代以來人工智慧領域興起的研究熱點。它從信息處理角度對人腦神經元網路進行抽象， 建立某種簡單模型，按不同的連線方式組成不同的網路。在工程與學術界也常直接簡稱為神經網路或類神經網路。神經網路是一種運算模型，由大量的節點（或稱神經元）之間相互聯接構成。每個節點代表一種特定的輸出函式，稱為激勵函式（activation function）。每兩個節點間的連線都代表一個對於通過該連線信號的加權值，稱之為權重，這相當於人工神經網路的記憶。網路的輸出則依網路的連線方式，權重值和激勵函式的不同而不同。而網路自身通常都是對自然界某種算法或者函式的逼近，也可能是對一種邏輯策略的表達。
最近十多年來，人工神經網路的研究工作不斷深入，已經取得了很大的進展，其在模式識別、智慧型機器人、自動控制、預測估計、生物、醫學、經濟等領域已成功地解決了許多現代計算機難以解決的實際問題，表現出了良好的智慧型特性。
基本介紹
- 中文名：人工神經網路
- 外文名：artificial neural network
- 別稱：ANN
- 套用學科：人工智慧
- 適用領域範圍：模式分類
神經元,基本特徵,發展歷史,網路模型,前向網路,反饋網路,學習類型,分析方法,特點優點,研究方向,發展趨勢,套用分析,人工神經網路在信息領域中的套用,人工神經網路在醫學中的套用,人工神經網路在經濟領域的套用,人工神經網路在控制領域中的套用,人工神經網路在交通領域的套用,人工神經網路在心理學領域的套用,
神經元
如圖所示
a1~an為輸入向量的各個分量
w1~wn為神經元各個突觸的權值
b為偏置
f為傳遞函式，通常為非線性函式。以下默認為hardlim()
t為神經元輸出
數學表示 t=f(WA'+b)
W為權向量
A為輸入向量，A'為A向量的轉置
b為偏置
f為傳遞函式
可見，一個神經元的功能是求得輸入向量與權向量的內積後，經一個非線性傳遞函式得到一個標量結果。
單個神經元的作用：把一個n維向量空間用一個超平面分割成兩部分（稱之為判斷邊界），給定一個輸入向量，神經元可以判斷出這個向量位於超平面的哪一邊。
該超平面的方程: Wp+b=0
W權向量
b偏置
p超平面上的向量
基本特徵
人工神經網路是由大量處理單元互聯組成的非線性、自適應信息處理系統。它是在現代神經科學研究成果的基礎上提出的，試圖通過模擬大腦神經網路處理、記憶信息的方式進行信息處理。人工神經網路具有四個基本特徵：
（1）非線性 非線性關係是自然界的普遍特性。大腦的智慧就是一種非線性現象。人工神經元處於激活或抑制二種不同的狀態，這種行為在數學上表現為一種非線性關係。具有閾值的神經元構成的網路具有更好的性能，可以提高容錯性和存儲容量。
人工神經網路
人工神經網路（2）非局限性 一個神經網路通常由多個神經元廣泛連線而成。一個系統的整體行為不僅取決於單個神經元的特徵，而且可能主要由單元之間的相互作用、相互連線所決定。通過單元之間的大量連線模擬大腦的非局限性。聯想記憶是非局限性的典型例子。
（3）非常定性 人工神經網路具有自適應、自組織、自學習能力。神經網路不但處理的信息可以有各種變化，而且在處理信息的同時，非線性動力系統本身也在不斷變化。經常採用疊代過程描寫動力系統的演化過程。
人工神經網路中，神經元處理單元可表示不同的對象，例如特徵、字母、概念，或者一些有意義的抽象模式。網路中處理單元的類型分為三類：輸入單元、輸出單元和隱單元。輸入單元接受外部世界的信號與數據；輸出單元實現系統處理結果的輸出；隱單元是處在輸入和輸出單元之間，不能由系統外部觀察的單元。神經元間的連線權值反映了單元間的連線強度，信息的表示和處理體現在網路處理單元的連線關係中。人工神經網路是一種非程式化、適應性、大腦風格的信息處理 ，其本質是通過網路的變換和動力學行為得到一種並行分散式的信息處理功能，並在不同程度和層次上模仿人腦神經系統的信息處理功能。它是涉及神經科學、思維科學、人工智慧、計算機科學等多個領域的交叉學科。
人工神經網路
人工神經網路1943年，心理學家W.S.McCulloch和數理邏輯學家W.Pitts建立了神經網路和數學模型，稱為MP模型。他們通過MP模型提出了神經元的形式化數學描述和網路結構方法，證明了單個神經元能執行邏輯功能，從而開創了人工神經網路研究的時代。1949年，心理學家提出了突觸聯繫強度可變的構想。60年代，人工神經網路得到了進一步發展，更完善的神經網路模型被提出，其中包括感知器和自適應線性元件等。M.Minsky等仔細分析了以感知器為代表的神經網路系統的功能及局限後，於1969年出版了《Perceptron》一書，指出感知器不能解決高階謂詞問題。他們的論點極大地影響了神經網路的研究，加之當時串列計算機和人工智慧所取得的成就，掩蓋了發展新型計算機和人工智慧新途徑的必要性和迫切性，使人工神經網路的研究處於低潮。在此期間，一些人工神經網路的研究者仍然致力於這一研究，提出了適應諧振理論（ART網）、自組織映射、認知機網路，同時進行了神經網路數學理論的研究。以上研究為神經網路的研究和發展奠定了基礎。1982年，美國加州工學院物理學家J.J.Hopfield提出了Hopfield神經格線模型，引入了“計算能量”概念，給出了網路穩定性判斷。 1984年，他又提出了連續時間Hopfield神經網路模型，為神經計算機的研究做了開拓性的工作，開創了神經網路用於聯想記憶和最佳化計算的新途徑，有力地推動了神經網路的研究，1985年，又有學者提出了波耳茲曼模型，在學習中採用統計熱力學模擬退火技術，保證整個系統趨於全局穩定點。1986年進行認知微觀結構地研究，提出了並行分布處理的理論。1986年，Rumelhart, Hinton, Williams發展了BP算法。Rumelhart和McClelland出版了《Parallel distribution processing: explorations in the microstructures of cognition》。迄今，BP算法已被用於解決大量實際問題。1988年，Linsker對感知機網路提出了新的自組織理論，並在Shanon資訊理論的基礎上形成了最大互信息理論，從而點燃了基於NN的信息套用理論的光芒。1988年，Broomhead和Lowe用徑向基函式(Radial basis function, RBF)提出分層網路的設計方法，從而將NN的設計與數值分析和線性適應濾波相掛鈎。90年代初，Vapnik等提出了支持向量機(Support vector machines, SVM)和VC(Vapnik-Chervonenkis)維數的概念。人工神經網路的研究受到了各個已開發國家的重視，美國國會通過決議將1990年1月5日開始的十年定為“腦的十年”，國際研究組織號召它的成員國將“腦的十年”變為全球行為。在日本的“真實世界計算（RWC）”項目中，人工智慧的研究成了一個重要的組成部分。
人工神經網路
人工神經網路人工神經網路模型主要考慮網路連線的拓撲結構、神經元的特徵、學習規則等。目前，已有近40種神經網路模型，其中有反傳網路、感知器、自組織映射、Hopfield網路、波耳茲曼機、適應諧振理論等。根據連線的拓撲結構，神經網路模型可以分為：
人工神經網路網路中各個神經元接受前一級的輸入，並輸出到下一級，網路中沒有反饋，可以用一個有向無環路圖表示。這種網路實現信號從輸入空間到輸出空間的變換，它的信息處理能力來自於簡單非線性函式的多次複合。網路結構簡單，易於實現。反傳網路是一種典型的前向網路。
網路內神經元間有反饋，可以用一個無向的完備圖表示。這種神經網路的信息處理是狀態的變換，可以用動力學系統理論處理。系統的穩定性與聯想記憶功能有密切關係。Hopfield網路、波耳茲曼機均屬於這種類型。
學習是神經網路研究的一個重要內容，它的適應性是通過學習實現的。根據環境的變化，對權值進行調整，改善系統的行為。由Hebb提出的Hebb學習規則為神經網路的學習算法奠定了基礎。Hebb規則認為學習過程最終發生在神經元之間的突觸部位，突觸的聯繫強度隨著突觸前後神經元的活動而變化。在此基礎上，人們提出了各種學習規則和算法，以適應不同網路模型的需要。有效的學習算法，使得神經網路能夠通過連線權值的調整，構造客觀世界的內在表示，形成具有特色的信息處理方法，信息存儲和處理體現在網路的連線中。
人工神經網路
人工神經網路分類
根據學習環境不同，神經網路的學習方式可分為監督學習和非監督學習。在監督學習中，將訓練樣本的數據加到網路輸入端，同時將相應的期望輸出與網路輸出相比較，得到誤差信號，以此控制權值連線強度的調整，經多次訓練後收斂到一個確定的權值。當樣本情況發生變化時，經學習可以修改權值以適應新的環境。使用監督學習的神經網路模型有反傳網路、感知器等。非監督學習時，事先不給定標準樣本，直接將網路置於環境之中，學習階段與工作階段成為一體。此時，學習規律的變化服從連線權值的演變方程。非監督學習最簡單的例子是Hebb學習規則。競爭學習規則是一個更複雜的非監督學習的例子，它是根據已建立的聚類進行權值調整。自組織映射、適應諧振理論網路等都是與競爭學習有關的典型模型。
研究神經網路的非線性動力學性質，主要採用動力學系統理論、非線性規劃理論和統計理論，來分析神經網路的演化過程和吸引子的性質，探索神經網路的協同行為和集體計算功能，了解神經信息處理機制。為了探討神經網路在整體性和模糊性方面處理信息的可能，混沌理論的概念和方法將會發揮作用。混沌是一個相當難以精確定義的數學概念。一般而言，“混沌”是指由確定性方程描述的動力學系統中表現出的非確定性行為，或稱之為確定的隨機性。“確定性”是因為它由內在的原因而不是外來的噪聲或干擾所產生，而“隨機性”是指其不規則的、不能預測的行為，只可能用統計的方法描述。混沌動力學系統的主要特徵是其狀態對初始條件的靈敏依賴性，混沌反映其內在的隨機性。混沌理論是指描述具有混沌行為的非線性動力學系統的基本理論、概念、方法，它把動力學系統的複雜行為理解為其自身與其在同外界進行物質、能量和信息交換過程中內在的有結構的行為，而不是外來的和偶然的行為，混沌狀態是一種定態。混沌動力學系統的定態包括：靜止、平穩量、周期性、準同 期性和混沌解。混沌軌線是整體上穩定與局部不穩定相結合的結果，稱之為奇異吸引子。一個奇異吸引子有如下一些特徵：（1）奇異吸引子是一個吸引子，但它既不是不動點，也不是周期解；（2）奇異吸引子是不可分割的，即不能分為兩個以及兩個以上的吸引子；（3）它對初始值十分敏感，不同的初始值會導致極不相同的行為。
人工神經網路
人工神經網路特點優點
人工神經網路的特點和優越性，主要表現在三個方面：
第一，具有自學習功能。例如實現圖像識別時，只在先把許多不同的圖像樣板和對應的應識別的結果輸入人工神經網路，網路就會通過自學習功能，慢慢學會識別類似的圖像。自學習功能對於預測有特別重要的意義。預期未來的人工神經網路計算機將為人類提供經濟預測、市場預測、效益預測，其套用前途是很遠大的。
第二，具有聯想存儲功能。用人工神經網路的反饋網路就可以實現這種聯想。
第三，具有高速尋找最佳化解的能力。尋找一個複雜問題的最佳化解，往往需要很大的計算量，利用一個針對某問題而設計的反饋型人工神經網路，發揮計算機的高速運算能力，可能很快找到最佳化解。
研究方向
神經網路的研究可以分為理論研究和套用研究兩大方面。
理論研究可分為以下兩類：
1、利用神經生理與認知科學研究人類思維以及智慧型機理。
2、利用神經基礎理論的研究成果，用數理方法探索功能更加完善、性能更加優越的神經網路模型，深入研究網路算法和性能，如：穩定性、收斂性、容錯性、魯棒性等；開發新的網路數理理論，如：神經網路動力學、非線性神經場等。
人工神經網路
人工神經網路套用研究可分為以下兩類：
1、神經網路的軟體模擬和硬體實現的研究。
2、神經網路在各個領域中套用的研究。這些領域主要包括
發展趨勢
人工神經網路特有的非線性適應性信息處理能力，克服了傳統人工智慧方法對於直覺，如模式、語音識別、非結構化信息處理方面的缺陷，使之在神經專家系統、模式識別、智慧型控制、組合最佳化、預測等領域得到成功套用。人工神經網路與其它傳統方法相結合，將推動人工智慧和信息處理技術不斷發展。近年來，人工神經網路正向模擬人類認知的道路上更加深入發展，與模糊系統、遺傳算法、進化機制等結合，形成計算智慧型，成為人工智慧的一個重要方向，將在實際套用中得到發展。將信息幾何套用於人工神經網路的研究，為人工神經網路的理論研究開闢了新的途徑。神經計算機的研究發展很快，已有產品進入市場。光電結合的神經計算機為人工神經網路的發展提供了良好條件。
神經網路在很多領域已得到了很好的套用，但其需要研究的方面還很多。其中，具有分布存儲、並行處理、自學習、自組織以及非線性映射等優點的神經網路與其他技術的結合以及由此而來的混合方法和混合系統，已經成為一大研究熱點。由於其他方法也有它們各自的優點，所以將神經網路與其他方法相結合，取長補短，繼而可以獲得更好的套用效果。目前這方面工作有神經網路與模糊邏輯、專家系統、遺傳算法、小波分析、混沌、粗集理論、分形理論、證據理論和灰色系統等的融合。
下面主要就神經網路與小波分析、混沌、粗集理論、分形理論的融合進行分析。
與小波分析的結合
1981年，法國地質學家Morlet在尋求地質數據時，通過對Fourier變換與加窗Fourier變換的異同、特點及函式構造進行創造性的研究，首次提出了"小波分析"的概念，建立了以他的名字命名的Morlet小波。1986年以來由於YMeyer、S.Mallat及IDaubechies等的奠基工作，小波分析迅速發展成為一門新興學科。Meyer所著的"小波與運算元"，Daubechies所著的"小波十講"是小波研究領域最權威的著作。
小波變換是對Fourier分析方法的突破。它不但在時域和頻域同時具有良好的局部化性質，而且對低頻信號在頻域和對高頻信號在時域裡都有很好的解析度，從而可以聚集到對象的任意細節。小波分析相當於一個數學顯微鏡，具有放大、縮小和平移功能，通過檢查不同放大倍數下的變化來研究信號的動態特性。因此，小波分析已成為地球物理、信號處理、圖像處理、理論物理等諸多領域的強有力工具。
小波神經網路將小波變換良好的時頻局域化特性和神經網路的自學習功能相結合，因而具有較強的逼近能力和容錯能力。在結合方法上，可以將小波函式作為基函式構造神經網路形成小波網路，或者小波變換作為前饋神經網路的輸入前置處理工具，即以小波變換的多解析度特性對過程狀態信號進行處理，實現信噪分離，並提取出對加工誤差影響最大的狀態特性，作為神經網路的輸入。
小波神經網路在電機故障診斷、高壓電網故障信號處理與保護研究、軸承等機械故障診斷以及許多方面都有套用，將小波神經網路用於感應伺服電機的智慧型控制，使該系統具有良好的跟蹤控制性能，以及好的魯棒性，利用小波包神經網路進行心血管疾病的智慧型診斷，小波層進行時頻域的自適應特徵提取，前向神經網路用來進行分類，正確分類率達到94%。
小波神經網路雖然套用於很多方面，但仍存在一些不足。從提取精度和小波變換實時性的要求出發，有必要根據實際情況構造一些適應套用需求的特殊小波基，以便在套用中取得更好的效果。另外，在套用中的實時性要求，也需要結合DSP的發展，開發專門的處理晶片，從而滿足這方面的要求。
混沌第一個定義是上世紀70年代才被Li-Yorke第一次提出的。由於它具有廣泛的套用價值，自它出現以來就受到各方面的普遍關注。混沌是一種確定的系統中出現的無規則的運動，混沌是存在於非線性系統中的一種較為普遍的現象，混沌運動具有遍歷性、隨機性等特點，能在一定的範圍內按其自身規律不重複地遍歷所有狀態。混沌理論所決定的是非線性動力學混沌，目的是揭示貌似隨機的現象背後可能隱藏的簡單規律，以求發現一大類複雜問題普遍遵循的共同規律。
1990年Kaihara、T.Takabe和M.Toyoda等人根據生物神經元的混沌特性首次提出混沌神經網路模型，將混沌學引入神經網路中，使得人工神經網路具有混沌行為，更加接近實際的人腦神經網路，因而混沌神經網路被認為是可實現其真實世界計算的智慧型信息處理系統之一，成為神經網路的主要研究方向之一。
與常規的離散型Hopfield神經網路相比較，混沌神經網路具有更豐富的非線性動力學特性，主要表現如下：在神經網路中引入混沌動力學行為；混沌神經網路的同步特性；混沌神經網路的吸引子。
混沌神經網路受到關注的另一個原因是混沌存在於生物體真實神經元及神經網路中，並且起到一定的作用，動物學的電生理實驗已證實了這一點。
混沌神經網路由於其複雜的動力學特性，在動態聯想記憶、系統最佳化、信息處理、人工智慧等領域受到人們極大的關注。針對混沌神經網路具有聯想記憶功能，但其搜尋過程不穩定，提出了一種控制方法可以對混沌神經網路中的混沌現象進行控制。研究了混沌神經網路在組合最佳化問題中的套用。
為了更好的套用混沌神經網路的動力學特性，並對其存在的混沌現象進行有效的控制，仍需要對混沌神經網路的結構進行進一步的改進和調整，以及混沌神經網路算法的進一步研究。
基於粗集理論
粗糙集(Rough Sets)理論是1982年由波蘭華沙理工大學教授Z.Pawlak首先提出，它是一個分析數據的數學理論，研究不完整數據、不精確知識的表達、學習、歸納等方法。粗糙集理論是一種新的處理模糊和不確定性知識的數學工具，其主要思想就是在保持分類能力不變的前提下，通過知識約簡，導出問題的決策或分類規則。目前，粗糙集理論已被成功套用於機器學習、決策分析、過程控制、模式識別與數據挖掘等領域。
粗集和神經網路的共同點是都能在自然環境下很好的工作，但是，粗集理論方法模擬人類的抽象邏輯思維，而神經網路方法模擬形象直覺思維，因而二者又具有不同特點。粗集理論方法以各種更接近人們對事物的描述方式的定性、定量或者混合性信息為輸入，輸入空間與輸出空間的映射關係是通過簡單的決策表簡化得到的，它考慮知識表達中不同屬性的重要性確定哪些知識是冗餘的，哪些知識是有用的，神經網路則是利用非線性映射的思想和並行處理的方法，用神經網路本身結構表達輸入與輸出關聯知識的隱函式編碼。
在粗集理論方法和神經網路方法處理信息中，兩者存在很大的兩個區別：其一是神經網路處理信息一般不能將輸入信息空間維數簡化，當輸入信息空間維數較大時，網路不僅結構複雜，而且訓練時間也很長；而粗集方法卻能通過發現數據間的關係，不僅可以去掉冗餘輸入信息，而且可以簡化輸入信息的表達空間維數。其二是粗集方法在實際問題的處理中對噪聲較敏感，因而用無噪聲的訓練樣本學習推理的結果在有噪聲的環境中套用效果不佳。而神經網路方法有較好的抑制噪聲干擾的能力。
因此將兩者結合起來，用粗集方法先對信息進行預處理，即把粗集網路作為前置系統，再根據粗集方法預處理後的信息結構，構成神經網路信息處理系統。通過二者的結合，不但可減少信息表達的屬性數量，減小神經網路構成系統的複雜性，而且具有較強的容錯及抗干擾能力，為處理不確定、不完整信息提供了一條強有力的途徑。
目前粗集與神經網路的結合已套用於語音識別、專家系統、數據挖掘、故障診斷等領域，將神經網路和粗集用於聲源位置的自動識別，將神經網路和粗集用於專家系統的知識獲取中，取得比傳統專家系統更好的效果，其中粗集進行不確定和不精確數據的處理，神經網路進行分類工作。
雖然粗集與神經網路的結合已套用於許多領域的研究，為使這一方法發揮更大的作用還需考慮如下問題：模擬人類抽象邏輯思維的粗集理論方法和模擬形象直覺思維的神經網路方法更加有效的結合；二者集成的軟體和硬體平台的開發，提高其實用性。
與分形理論的結合
自從美國哈佛大學數學系教授Benoit B. Mandelbrot於20世紀70年代中期引入分形這一概念，分形幾何學(Fractal geometry)已經發展成為科學的方法論--分形理論，且被譽為開創了20世紀數學重要階段。現已被廣泛套用於自然科學和社會科學的幾乎所有領域，成為現今國際上許多學科的前沿研究課題之一。
由於在許多學科中的迅速發展，分形已成為一門描述自然界中許多不規則事物的規律性的學科。它已被廣泛套用在生物學、地球地理學、天文學、計算機圖形學等各個領域。
用分形理論來解釋自然界中那些不規則、不穩定和具有高度複雜結構的現象，可以收到顯著的效果，而將神經網路與分形理論相結合，充分利用神經網路非線性映射、計算能力、自適應等優點，可以取得更好的效果。
分形神經網路的套用領域有圖像識別、圖像編碼、圖像壓縮，以及機械設備系統的故障診斷等。分形圖像壓縮/解壓縮方法有著高壓縮率和低遺失率的優點，但運算能力不強，由於神經網路具有並行運算的特點，將神經網路用於分形圖像壓縮/解壓縮中，提高了原有方法的運算能力。將神經網路與分形相結合用於果實形狀的識別，首先利用分形得到幾種水果輪廓數據的不規則性，然後利用3層神經網路對這些數據進行辨識，繼而對其不規則性進行評價。
分形神經網路已取得了許多套用，但仍有些問題值得進一步研究：分形維數的物理意義；分形的計算機仿真和實際套用研究。隨著研究的不斷深入，分形神經網路必將得到不斷的完善，並取得更好的套用效果。?
套用分析
經過幾十年的發展，神經網路理論在模式識別、自動控制、信號處理、輔助決策、人工智慧等眾多研究領域取得了廣泛的成功。下面介紹神經網路在一些領域中的套用現狀。
人工神經網路在信息領域中的套用
在處理許多問題中，信息來源既不完整，又包含假象，決策規則有時相互矛盾，有時無章可循，這給傳統的信息處理方式帶來了很大的困難，而神經網路卻能很好的處理這些問題，並給出合理的識別與判斷。
1.信息處理
現代信息處理要解決的問題是很複雜的，人工神經網路具有模仿或代替與人的思維有關的功能， 可以實現自動診斷、問題求解，解決傳統方法所不能或難以解決的問題。人工神經網路系統具有很高的容錯性、魯棒性及自組織性，即使連線線遭到很高程度的破壞， 它仍能處在最佳化工作狀態，這點在軍事系統電子設備中得到廣泛的套用。現有的智慧型信息系統有智慧型儀器、自動跟蹤監測儀器系統、自動控制制導系統、自動故障診斷和報警系統等。
2. 模式識別
模式識別是對表征事物或現象的各種形式的信息進行處理和分析，來對事物或現象進行描述、辨認、分類和解釋的過程。該技術以貝葉斯機率論和申農的資訊理論為理論基礎，對信息的處理過程更接近人類大腦的邏輯思維過程。現在有兩種基本的模式識別方法，即統計模式識別方法和結構模式識別方法。人工神經網路是模式識別中的常用方法，近年來發展起來的人工神經網路模式的識別方法逐漸取代傳統的模式識別方法。經過多年的研究和發展，模式識別已成為當前比較先進的技術，被廣泛套用到文字識別、語音識別、指紋識別、遙感圖像識別、人臉識別、手寫體字元的識別、工業故障檢測、精確制導等方面。
人工神經網路在醫學中的套用
由於人體和疾病的複雜性、不可預測性，在生物信號與信息的表現形式上、變化規律（自身變化與醫學干預後變化）上，對其進行檢測與信號表達，獲取的數據及信息的分析、決策等諸多方面都存在非常複雜的非線性聯繫，適合人工神經網路的套用。目前的研究幾乎涉及從基礎醫學到臨床醫學的各個方面，主要套用在生物信號的檢測與自動分析，醫學專家系統等。
1. 生物信號的檢測與分析
大部分醫學檢測設備都是以連續波形的方式輸出數據的，這些波形是診斷的依據。人工神經網路是由大量的簡單處理單元連線而成的自適應動力學系統， 具有巨量並行性，分散式存貯，自適應學習的自組織等功能，可以用它來解決生物醫學信號分析處理中常規法難以解決或無法解決的問題。神經網路在生物醫學信號檢測與處理中的套用主要集中在對腦電信號的分析，聽覺誘發電位信號的提取、肌電和胃腸電等信號的識別，心電信號的壓縮，醫學圖像的識別和處理等。
2. 醫學專家系統
傳統的專家系統，是把專家的經驗和知識以規則的形式存儲在計算機中，建立知識庫，用邏輯推理的方式進行醫療診斷。但是在實際套用中，隨著資料庫規模的增大，將導致知識“爆炸”，在知識獲取途徑中也存在“瓶頸”問題，致使工作效率很低。以非線性並行處理為基礎的神經網路為專家系統的研究指明了新的發展方向， 解決了專家系統的以上問題，並提高了知識的推理、自組織、自學習能力，從而神經網路在醫學專家系統中得到廣泛的套用和發展。在麻醉與危重醫學等相關領域的研究中，涉及到多生理變數的分析與預測，在臨床數據中存在著一些尚未發現或無確切證據的關係與現象，信號的處理，干擾信號的自動區分檢測，各種臨床狀況的預測等，都可以套用到人工神經網路技術。
人工神經網路在經濟領域的套用
1. 市場價格預測
對商品價格變動的分析，可歸結為對影響市場供求關係的諸多因素的綜合分析。傳統的統計經濟學方法因其固有的局限性，難以對價格變動做出科學的預測，而人工神經網路容易處理不完整的、模糊不確定或規律性不明顯的數據，所以用人工神經網路進行價格預測是有著傳統方法無法相比的優勢。從市場價格的確定機制出發，依據影響商品價格的家庭戶數、人均可支配收入、貸款利率、城市化水平等複雜、多變的因素，建立較為準確可靠的模型。該模型可以對商品價格的變動趨勢進行科學預測，並得到準確客觀的評價結果。
2. 風險評估
風險是指在從事某項特定活動的過程中，因其存在的不確定性而產生的經濟或財務的損失、自然破壞或損傷的可能性。防範風險的最佳辦法就是事先對風險做出科學的預測和評估。套用人工神經網路的預測思想是根據具體現實的風險來源， 構造出適合實際情況的信用風險模型的結構和算法，得到風險評價係數，然後確定實際問題的解決方案。利用該模型進行實證分析能夠彌補主觀評估的不足，可以取得滿意效果。
人工神經網路在控制領域中的套用
人工神經網路由於其獨特的模型結構和固有的非線性模擬能力，以及高度的自適應和容錯特性等突出特徵，在控制系統中獲得了廣泛的套用。其在各類控制器框架結構的基礎上，加入了非線性自適應學習機制，從而使控制器具有更好的性能。基本的控制結構有監督控制、直接逆模控制、模型參考控制、內模控制、預測控制、最優決策控制等。
人工神經網路在交通領域的套用
今年來人們對神經網路在交通運輸系統中的套用開始了深入的研究。交通運輸問題是高度非線性的，可獲得的數據通常是大量的、複雜的，用神經網路處理相關問題有它巨大的優越性。套用範圍涉及到汽車駕駛員行為的模擬、參數估計、路面維護、車輛檢測與分類、交通模式分析、貨物運營管理、交通流量預測、運輸策略與經濟、交通環保、空中運輸、船舶的自動導航及船隻的辨認、捷運運營及交通控制等領域並已經取得了很好的效果。
人工神經網路在心理學領域的套用
從神經網路模型的形成開始，它就與心理學就有著密不可分的聯繫。神經網路抽象於神經元的信息處理功能，神經網路的訓練則反映了感覺、記憶、學習等認知過程。人們通過不斷地研究， 變化著人工神經網路的結構模型和學習規則，從不同角度探討著神經網路的認知功能，為其在心理學的研究中奠定了堅實的基礎。近年來，人工神經網路模型已經成為探討社會認知、記憶、學習等高級心理過程機制的不可或缺的工具。人工神經網路模型還可以對腦損傷病人的認知缺陷進行研究，對傳統的認知定位機制提出了挑戰。
雖然人工神經網路已經取得了一定的進步，但是還存在許多缺陷，例如：套用的面不夠寬闊、結果不夠精確；現有模型算法的訓練速度不夠高；算法的集成度不夠高；同時我們希望在理論上尋找新的突破點， 建立新的通用模型和算法。需進一步對生物神經元系統進行研究，不斷豐富人們對人腦神經的認識。
