基于python的BP神经网络及异或实现过程解析

所属分类: 脚本专栏 / python 阅读数: 1878
收藏 0 赞 0 分享

BP神经网络是最简单的神经网络模型了,三层能够模拟非线性函数效果。

难点:

  • 如何确定初始化参数?
  • 如何确定隐含层节点数量?
  • 迭代多少次?如何更快收敛?
  • 如何获得全局最优解?
'''
neural networks 

created on 2019.9.24
author: vince
'''
import math
import logging
import numpy 
import random
import matplotlib.pyplot as plt

'''
neural network 
'''
class NeuralNetwork:

 def __init__(self, layer_nums, iter_num = 10000, batch_size = 1):
  self.__ILI = 0;
  self.__HLI = 1;
  self.__OLI = 2;
  self.__TLN = 3;

  if len(layer_nums) != self.__TLN:
   raise Exception("layer_nums length must be 3");

  self.__layer_nums = layer_nums; #array [layer0_num, layer1_num ...layerN_num]
  self.__iter_num = iter_num;
  self.__batch_size = batch_size;
 
 def train(self, X, Y):
  X = numpy.array(X);
  Y = numpy.array(Y);

  self.L = [];
  #initialize parameters
  self.__weight = [];
  self.__bias = [];
  self.__step_len = [];
  for layer_index in range(1, self.__TLN):
   self.__weight.append(numpy.random.rand(self.__layer_nums[layer_index - 1], self.__layer_nums[layer_index]) * 2 - 1.0);
   self.__bias.append(numpy.random.rand(self.__layer_nums[layer_index]) * 2 - 1.0);
   self.__step_len.append(0.3);

  logging.info("bias:%s" % (self.__bias));
  logging.info("weight:%s" % (self.__weight));

  for iter_index in range(self.__iter_num):
   sample_index = random.randint(0, len(X) - 1);
   logging.debug("-----round:%s, select sample %s-----" % (iter_index, sample_index));
   output = self.forward_pass(X[sample_index]);
   g = (-output[2] + Y[sample_index]) * self.activation_drive(output[2]);
   logging.debug("g:%s" % (g));
   for j in range(len(output[1])):
    self.__weight[1][j] += self.__step_len[1] * g * output[1][j];
   self.__bias[1] -= self.__step_len[1] * g;

   e = [];
   for i in range(self.__layer_nums[self.__HLI]):
    e.append(numpy.dot(g, self.__weight[1][i]) * self.activation_drive(output[1][i]));
   e = numpy.array(e);
   logging.debug("e:%s" % (e));
   for j in range(len(output[0])):
    self.__weight[0][j] += self.__step_len[0] * e * output[0][j];
   self.__bias[0] -= self.__step_len[0] * e;

   l = 0;
   for i in range(len(X)):
    predictions = self.forward_pass(X[i])[2];
    l += 0.5 * numpy.sum((predictions - Y[i]) ** 2);
   l /= len(X);
   self.L.append(l);

   logging.debug("bias:%s" % (self.__bias));
   logging.debug("weight:%s" % (self.__weight));
   logging.debug("loss:%s" % (l));
  logging.info("bias:%s" % (self.__bias));
  logging.info("weight:%s" % (self.__weight));
  logging.info("L:%s" % (self.L));
 
 def activation(self, z):
  return (1.0 / (1.0 + numpy.exp(-z)));

 def activation_drive(self, y):
  return y * (1.0 - y);

 def forward_pass(self, x):
  data = numpy.copy(x);
  result = [];
  result.append(data);
  for layer_index in range(self.__TLN - 1):
   data = self.activation(numpy.dot(data, self.__weight[layer_index]) - self.__bias[layer_index]);
   result.append(data);
  return numpy.array(result);

 def predict(self, x):
  return self.forward_pass(x)[self.__OLI];


def main():
 logging.basicConfig(level = logging.INFO,
   format = '%(asctime)s %(filename)s[line:%(lineno)d] %(levelname)s %(message)s',
   datefmt = '%a, %d %b %Y %H:%M:%S');
   
 logging.info("trainning begin.");
 nn = NeuralNetwork([2, 2, 1]);
 X = numpy.array([[0, 0], [1, 0], [1, 1], [0, 1]]);
 Y = numpy.array([0, 1, 0, 1]);
 nn.train(X, Y);

 logging.info("trainning end. predict begin.");
 for x in X:
  print(x, nn.predict(x));

 plt.plot(nn.L)
 plt.show();

if __name__ == "__main__":
 main();

具体收敛效果

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持脚本之家。

更多精彩内容其他人还在看

深入浅析python3中的unicode和bytes问题

在python3中,有两种字符串类型,默认的就是str,即unicode,也叫做文本类型。这篇文章主要介绍了python3中的unicode和bytes问题,需要的朋友可以参考下
收藏 0 赞 0 分享

python3 自动识别usb连接状态,即对usb重连的判断方法

今天小编就为大家分享一篇python3 自动识别usb连接状态,即对usb重连的判断方法,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
收藏 0 赞 0 分享

python二进制文件的转译详解

这篇文章主要介绍了python二进制文件的转译详解的相关资料,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下
收藏 0 赞 0 分享

python字符串中匹配数字的正则表达式

正则表达式是一个特殊的字符序列,它能帮助你方便的检查一个字符串是否与某种模式匹配。这篇文章主要介绍了python字符串中匹配数字的正则表达式 ,需要的朋友可以参考下
收藏 0 赞 0 分享

在Python中COM口的调用方法

今天小编就为大家分享一篇在Python中COM口的调用方法,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
收藏 0 赞 0 分享

Python read函数按字节(字符)读取文件的实现

这篇文章主要介绍了Python read函数按字节(字符)读取文件的实现,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧
收藏 0 赞 0 分享

python读取图片的方式,以及将图片以三维数组的形式输出方法

今天小编就为大家分享一篇python读取图片的方式,以及将图片以三维数组的形式输出方法,具有好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
收藏 0 赞 0 分享

在python中利用numpy求解多项式以及多项式拟合的方法

今天小编就为大家分享一篇在python中利用numpy求解多项式以及多项式拟合的方法,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
收藏 0 赞 0 分享

Python正则表达式匹配数字和小数的方法

这篇文章主要介绍了Python正则匹配数字和小数的方法,本文通过示例代码给大家介绍的非常详细,具有一定的参考借鉴价值,需要的朋友可以参考下
收藏 0 赞 0 分享

python读写配置文件操作示例

这篇文章主要介绍了python读写配置文件操作,结合实例形式分析了Python针对ini配置文件的读取、解析、写入等相关操作技巧,需要的朋友可以参考下
收藏 0 赞 0 分享
查看更多