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BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電力企業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系工學(xué)論文
論文摘要：正確分析和評(píng)價(jià)電力企業(yè)信息化水平，對(duì)于提高電力行業(yè)的整體信息化水平，增強(qiáng)電力企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，對(duì)電力企業(yè)信息化水平進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，建立了評(píng)價(jià)體系的數(shù)學(xué)模型。該模型在收斂速度、網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力方面是可行的、適用的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該模型克服了傳統(tǒng)電力企業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)過程的復(fù)雜性，具有方便準(zhǔn)確、可靠．快速的特點(diǎn)，辨識(shí)精度高。
論文關(guān)鍵詞：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；電力企業(yè)；信息化水平；評(píng)價(jià)；指標(biāo)體系
0引言
電力行業(yè)是國(guó)內(nèi)應(yīng)用信息技術(shù)較早的行業(yè)之一，先后經(jīng)歷了生產(chǎn)過程自動(dòng)化、管理信息化等建設(shè)階段。目前，電力信息化呈現(xiàn)出基礎(chǔ)設(shè)施齊備、數(shù)據(jù)龐雜、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，已從量化范疇提升到質(zhì)的高度。對(duì)電力企業(yè)進(jìn)行有效的信息化評(píng)價(jià)和管理，是提升信息化水平和實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化可持續(xù)發(fā)展的重要保障。
如何積極開展信息化建設(shè)來降低運(yùn)營(yíng)成本?通過何種指標(biāo)來科學(xué)評(píng)價(jià)我國(guó)電力企業(yè)的信息化發(fā)展水平?這是當(dāng)前電力行業(yè)必須解決的一個(gè)問題，而目前我國(guó)還沒有一套完整的電力企業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系正式發(fā)布。通過構(gòu)建科學(xué)、實(shí)用、有效的電力企業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)體系，采用具有學(xué)習(xí)、記憶、歸納、容錯(cuò)及自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，科學(xué)、有效、客觀地評(píng)價(jià)電力企業(yè)信息化水平，有利于規(guī)范和完善電力企業(yè)信息化建設(shè)，促進(jìn)電力信息化健康，快速地發(fā)展。
1、電力企業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立
1．1建立的原則
(1)簡(jiǎn)明科學(xué)原則。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)明確反映電力企業(yè)信息化水平高低與指標(biāo)間的關(guān)系，避免無關(guān)的指標(biāo)列入，指標(biāo)體系的大小也應(yīng)適宜。若評(píng)價(jià)指標(biāo)體系過大、指標(biāo)層次過多、指標(biāo)過細(xì)，則勢(shì)必將評(píng)價(jià)者的注意力吸引到細(xì)小問題上；而若評(píng)價(jià)指標(biāo)體系過小、指標(biāo)層次過少、指標(biāo)過粗，則不能充分反映和評(píng)價(jià)電力企業(yè)信息化的整體設(shè)計(jì)與使用情況。
(2)公正合理原則。即評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)能客觀、公正、合理地體現(xiàn)電力企業(yè)信息化水平的動(dòng)態(tài)性。
(3)易于操作原則。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)具有可操作性，指標(biāo)含義明確、可靠，數(shù)據(jù)易于收集，可供不了解指標(biāo)體系建立過程的人員進(jìn)行操作與應(yīng)用。
(4)以定量指標(biāo)為主，輔以一定的定性指標(biāo)。評(píng)價(jià)指標(biāo)盡可能以定量指標(biāo)為主，但全部采用定量指標(biāo)也不能完全反映電力企業(yè)信息化水平的整體情況，所以要輔以一些描述性的定性指標(biāo)。
1．2指標(biāo)體系的內(nèi)容
結(jié)合電力企業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立的原則，從3個(gè)層次來構(gòu)建電力企業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，主要由業(yè)務(wù)支持程度、IT績(jī)效水平、信息技術(shù)水平、IT管理能力、IT持續(xù)發(fā)展能力等五大方面構(gòu)成，如表l所示。
1．3指標(biāo)值的確定及歸一化處理
在上述55個(gè)三級(jí)指標(biāo)中，有定性指標(biāo)和定量指標(biāo)之分。根據(jù)指標(biāo)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則又可分為3類指標(biāo)：正向指標(biāo)、負(fù)向指標(biāo)和優(yōu)化指標(biāo)。由于不同的指標(biāo)從不同側(cè)面反映電力企業(yè)信息化水平，指標(biāo)之間又由于量綱不同，所以無法進(jìn)行比較。因此，為了便于最終評(píng)價(jià)值的確定，需要對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理，即對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)做標(biāo)準(zhǔn)化、正規(guī)化處理，以便消除指標(biāo)量綱的影響�？紤]神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的收斂問題，對(duì)所有指標(biāo)分3種情況進(jìn)行無量綱化處理。
(1)定性指標(biāo)。定性指標(biāo)有工程建設(shè)情況、信息安全措施、信息安全制度的完善程度、信息安全制度的執(zhí)行情況、企業(yè)職工IT素質(zhì)等。這些指標(biāo)的評(píng)價(jià)值采用專家打分的辦法進(jìn)行評(píng)價(jià)，取值為0．0～1．0之間。
(2)正向定量指標(biāo)。是指標(biāo)值越大越好的指標(biāo)，包括：設(shè)備的運(yùn)行率、安全運(yùn)行時(shí)間、物資供應(yīng)保障率、勞動(dòng)生產(chǎn)率、網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、聯(lián)通率等。因這類指標(biāo)越大越好，故選用所有電力企業(yè)的最大值為該指標(biāo)的理想值，進(jìn)行無量綱化處理。
(3)負(fù)向定量指標(biāo)。是指其值越小越好的指標(biāo)，包括采購(gòu)成本、生產(chǎn)成本、平均響應(yīng)時(shí)間等。這類指標(biāo)是越小越好，因此，選取所有電力企業(yè)的最小值為該指標(biāo)的理想值，并進(jìn)行無量綱化處理。
(4)優(yōu)化指標(biāo)。是指標(biāo)具有一個(gè)最優(yōu)的取值范圍，太大或太小都不好的指標(biāo)，包括電力企業(yè)資產(chǎn)負(fù)債率指標(biāo)，該指標(biāo)如果太大說明企業(yè)在信息化投資建設(shè)中將會(huì)出現(xiàn)資不抵債的情況，不利于電力企業(yè)的發(fā)展；如果該指標(biāo)值很小則說明在企業(yè)信息化建設(shè)中沒有發(fā)揮有限資本的價(jià)值。一般該指標(biāo)取40％～60％比較理想，然后進(jìn)行無量綱化處理。無量綱化處理方法
(1)有量綱向無量綱的轉(zhuǎn)化。采取一種二次拋物偏大型分布的數(shù)學(xué)模型描述：
(2)無量綱指標(biāo)的處理。采取線性遞增函數(shù)進(jìn)行描述:
2、電力企業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)
2.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)是由大量簡(jiǎn)單的處理單元組成的非線性、自適應(yīng)、自組織系統(tǒng)，它是在現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)研究成果的基礎(chǔ)上，試圖通過模擬人類神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行加工、記憶和處理的方式，設(shè)計(jì)出的一種具有人腦風(fēng)格的信息處理系統(tǒng)。它可廣泛應(yīng)用于預(yù)測(cè)、分類、模式識(shí)別和過程控制等各種數(shù)據(jù)處理場(chǎng)合，相對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析處理方法，更適合處理模糊、非線性和模式特征不明確的問題。
BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是單向傳播的多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)可分為輸入層、中間層(隱含層)和輸出層，其中輸入和輸出都只有1層，中間層可有1層或多層。同層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間沒有連接，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)表示一個(gè)神經(jīng)元，其傳遞函數(shù)通常采用Sigmoid型函數(shù)。每對(duì)神經(jīng)元之間的連接上有一個(gè)加權(quán)系數(shù)W，它可以加強(qiáng)或減弱上一個(gè)神經(jīng)元的輸出對(duì)下一個(gè)神經(jīng)元的刺激。這個(gè)加權(quán)系數(shù)通常稱為權(quán)值，修改權(quán)值的規(guī)則稱為權(quán)值算法。建立在BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的專家系統(tǒng)根據(jù)一定的算法，通過對(duì)樣本數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)確定網(wǎng)絡(luò)權(quán)值。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的權(quán)值確定、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，就可以處理新的數(shù)據(jù)，給出相應(yīng)的輸出。
2．2基于BP網(wǎng)絡(luò)的電力企業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)的學(xué)習(xí)過程
BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電力企業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)模型中，輸入層包含55個(gè)神經(jīng)元，分別接受55個(gè)電力企業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)中三級(jí)指標(biāo)的樣本數(shù)據(jù)輸入；中間層包含26個(gè)神經(jīng)元；輸出層有1個(gè)神經(jīng)元，就是電力企業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)結(jié)果，相應(yīng)的BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各層的初始連接權(quán)值是任意的，必須先對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，使電力企業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)結(jié)果的實(shí)際輸出與期望值的偏差盡可能小。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過訓(xùn)練將學(xué)習(xí)樣本的真實(shí)值與網(wǎng)絡(luò)輸出的誤差反向傳播到各層的神經(jīng)元，采用梯度下降法不斷調(diào)節(jié)各層的權(quán)值，減小因權(quán)值帶來的偏差，從而使訓(xùn)練樣本真實(shí)輸出與網(wǎng)絡(luò)輸出的誤差控制在設(shè)定的0．001誤差范圍內(nèi)。具體BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)過程
(1)根據(jù)電力企業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)要求，提供訓(xùn)練集。選人對(duì)網(wǎng)絡(luò)輸出即電力企業(yè)信息化水平有影響的三級(jí)指標(biāo)x1，x2，……，x55作為輸入自變量，以此確定輸入節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)(本網(wǎng)絡(luò)有55個(gè)輸入節(jié)點(diǎn))；
(2)進(jìn)行初始化。置所有權(quán)值為隨機(jī)任意小，給定學(xué)習(xí)精度￡一10，目標(biāo)誤差為0．001，讀入網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)重及學(xué)習(xí)樣本。這里可通過對(duì)電力企業(yè)300名職工開展問卷調(diào)查，隨機(jī)抽取前100組記錄(樣本序號(hào)為1～100)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辯識(shí)模型的訓(xùn)練樣本；
(3)按BP算法訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)。學(xué)習(xí)過程流程如圖2所示；
(4)判斷學(xué)習(xí)精度是否達(dá)到要求，如達(dá)到轉(zhuǎn)入下一步執(zhí)行；否則返回上一步繼續(xù)學(xué)習(xí)；
(5)儲(chǔ)存并輸出權(quán)值。利用訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試(采用10個(gè)樣本記錄為例)，輸出電力企業(yè)信息化水平的最終評(píng)價(jià)結(jié)果。
3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)電力企業(yè)信息化水平進(jìn)行辨識(shí)，輸入層、隱含層和輸出層的結(jié)點(diǎn)數(shù)分別為55×26×1。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)，前100組記錄用作學(xué)習(xí)樣本，作為訓(xùn)練神經(jīng)元連接權(quán)值用，學(xué)習(xí)精度￡=1×10；后10組(樣本序號(hào)為291～300)樣本作為測(cè)試檢驗(yàn)用。經(jīng)過反復(fù)多次學(xué)習(xí)，其學(xué)習(xí)結(jié)果(測(cè)試)如表2所示。
4、結(jié)語(yǔ)
基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電力企業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)能夠充分利用樣本的有關(guān)信息和數(shù)據(jù)，通過高度的非線性映射，揭示電力企業(yè)信息化水平與其影響因素之間的內(nèi)在作用機(jī)理，從而克服了電力企業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)中建模和求解難的問題，弱化電力企業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定過程中人為因素的影響，從而保證電力企業(yè)信息化水平評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性和公正性。
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