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:
''' 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
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我已经实现了下面的神经网络来解决Python中的异或问题。我的神经网络由3个神经元的输入层、1个2个神经元的隐层和1个神经元的输出层组成。我使用Sigmoid函数作为隐藏层和输出层的激活函数: backpropogation似乎是正确的,但我一直得到这个错误,所有的值都变成了“nan”,输出: 你能帮我解决这个问题吗?谢谢你。
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人工神经网络指由大量的神经元互相连接而形成的复杂网络结构。以人的视觉系统为例,人的视觉系统的信息处理是分级的,高层的特征是低层特征的组合,从低层到高层的特征表示越来越抽象,越来越能表达语义或者意图。人工神经网络提出最初的目的是为了模拟生物神经网络传递和处理信息的功能。它按照一定规则将许多神经元连接在一起,并行的处理外接输入信息。人工神经网络的每一层都有若干神经元并用可变权重的有向弧连接,具体训练过程是通过多次迭代对已知信息的反复学习并调整改变神经元的连接权重。