人工神经网络模型

十、人工神经网络模型

(一)概念

通过对上述模型的综合分析,我们可以很明显地看出企业财务状况信息关系是非线性的,大量结果显示,许多指标是不呈正态分布的。因此,传统的分类方法不能很好地解决这个问题,作为研究复杂性的有利工具,人工神经网络(ANN)模型是一种非线性建模,其内部非线性模式不需要详细了解,建模非常便利。因此,ANN模型也被广泛应用于信用风险的评估中。

ANN模型是基于人类大脑工作原理的非线性方法,能够识别输入变量和输出变量之间的复杂模式,从而预测新的输入变量对应的输出变量。Dutta和Shekhar(1988)首次将ANN模型用于债券信用评级。Jensen(1992)通过实证说明了标准的BP神经网络在贷款分类上的应用。Altman等(1994)对比了神经网络和多元判别分析的结果。Coats和Fant(1993)证明了神经网络要比多元判别分析更为有效。

(二)模型设计

神经网络自出现以来,发展出很多具有代表性的模型,下面主要介绍经典的BP神经网络模型算法。

假设整个网络只有一个输出,其他任何结点i的输出为si;若有N个样本(xk,yk),k=1,2,…,N,则对某一样本(xk,yk),结点i的输出为sik,中间层与输出层的任一结点j接收上一层的输入为图示,其中i为与结点j相连的上一层结点,此时,结点j的相应输出为sjk=f(netjk)。这样,根据输入xk就可逐层求出各中间层和输出层的所有结点的输出值,这个计算过程为正向过程。对N个样本(xk,yk),k=1,2,…,N,其均方型误差函数为

图示

其中,lk为BP网络输出层结点对第k个样本的实际输出,此时对样本k的误差为:

图示

图示,结点i为与结点j相连的上一层结点,于是

图示

设BP神经网络分为M层,第一层为输入结点层,第M层为输出结点层,对样本(xk,yk),继续从输出层开始依次反向计算各结点间的图示

第一步,计算输出层(第M层)结点j的δjk,此时,由lk=f(netjk),可知

图示

第二步,依次计算第M-1层,第M-2层,…,第2层的各层结点j的δjk,则有(https://www.daowen.com)

图示

其中,m为与j相连接的下一层的结点。

第三步,计算图示

(三)应用

Jensen(1992)将标准向后的神经网络应用于信用评分。Desai(1996)等学者应用多层感知机、线性判别、Logit模型和神经网络模型,进行模型的比较研究。West(2000)对5种神经网络模型在信用评估中的精确性进行了研究,这5种神经网络模型分别为多层感知机(MLP)模型、专家系统混合模型(MOE)、径向基模型(RBF)、学习向量量子化模型(LVQ)和模糊适应性模型(FAR),这五类模型得到的结果相似。在20世纪90年代,神经网络模型由于理论难度大、训练难等因素逐渐被支持向量机模型所取代。21世纪初,随着深度学习的提出,人工神经网络再次成为研究的热点。

(四)人工神经网络模型的优势及不足

1.优势

①神经网络模型可以处理多元回归不能模拟的非线性数据关系,并且不需要变量分布的假设,可以直接从训练集中获取,从而能更准确地模拟现实情况。

②具有自学习功能和联想存储功能,有高速寻找优化解的能力,在解决高维问题、大样本问题和局部最小问题等方面具有较好的优势。

2.不足

①在神经网络模型中无法准确了解非线性的过程,使得模型中间的构建是个“黑匣子”,细微数据的变化都可能会带来结果的巨大差异。

②无法根据网络的连接权判断输入变量的相关重要性。

【注释】

[1]国内外理论界提出的会对资信状况产生影响及产生什么影响的学说,其实用性和完整性较其他学说要全面。

[2]KMV模型是美国旧金山市KMV公司于1997年建立的用来估计借款企业违约概率的方法,主要应用于上市企业信用风险评估。