pso-bp多分类python

时间: 2023-07-24 11:17:22 浏览: 41
PSO-BP 是一种结合了粒子群优化算法和 BP 算法的神经网络模型,可以用于多分类问题。在 Python 中实现 PSO-BP 多分类模型,可以参考以下步骤: 1. 导入必要的库: ``` import numpy as np import pandas as pd from sklearn.datasets import load_iris from sklearn.model_selection import train_test_split ``` 2. 载入数据集: ``` iris = load_iris() X = iris['data'] y = iris['target'] ``` 3. 划分训练集和测试集: ``` X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=0) ``` 4. 定义神经网络模型: ``` class NeuralNetwork: def __init__(self, input_dim, hidden_dim, output_dim): self.input_dim = input_dim self.hidden_dim = hidden_dim self.output_dim = output_dim self.W1 = np.random.randn(self.input_dim, self.hidden_dim) self.b1 = np.zeros((1, self.hidden_dim)) self.W2 = np.random.randn(self.hidden_dim, self.output_dim) self.b2 = np.zeros((1, self.output_dim)) def forward(self, X): self.z1 = np.dot(X, self.W1) + self.b1 self.a1 = np.tanh(self.z1) self.z2 = np.dot(self.a1, self.W2) + self.b2 exp_scores = np.exp(self.z2) self.probs = exp_scores / np.sum(exp_scores, axis=1, keepdims=True) return self.probs def predict(self, X): return np.argmax(self.forward(X), axis=1) ``` 5. 定义 PSO-BP 算法: ``` class PSO_BP: def __init__(self, n_particles, max_iter, learning_rate, input_dim, hidden_dim, output_dim): self.n_particles = n_particles self.max_iter = max_iter self.learning_rate = learning_rate self.input_dim = input_dim self.hidden_dim = hidden_dim self.output_dim = output_dim self.neural_networks = [NeuralNetwork(self.input_dim, self.hidden_dim, self.output_dim) for i in range(self.n_particles)] self.global_best_loss = float('inf') self.global_best_weights = None self.global_best_bias = None self.particle_best_loss = [float('inf') for i in range(self.n_particles)] self.particle_best_weights = [self.neural_networks[i].W1 for i in range(self.n_particles)] self.particle_best_bias = [self.neural_networks[i].b1 for i in range(self.n_particles)] self.velocities = [(np.random.randn(self.input_dim, self.hidden_dim), np.random.randn(1, self.hidden_dim), np.random.randn(self.hidden_dim, self.output_dim), np.random.randn(1, self.output_dim)) for i in range(self.n_particles)] def fitness(self, X, y, weights, bias): nn = NeuralNetwork(self.input_dim, self.hidden_dim, self.output_dim) nn.W1 = weights[0] nn.b1 = bias[0] nn.W2 = weights[1] nn.b2 = bias[1] probs = nn.forward(X) log_likelihood = -np.log(probs[range(len(y)), y]) loss = np.sum(log_likelihood) / len(y) return loss def train(self, X_train, y_train): for i in range(self.max_iter): for j in range(self.n_particles): nn = self.neural_networks[j] weights = (nn.W1, nn.W2) bias = (nn.b1, nn.b2) loss = self.fitness(X_train, y_train, weights, bias) if loss < self.particle_best_loss[j]: self.particle_best_loss[j] = loss self.particle_best_weights[j] = nn.W1 self.particle_best_bias[j] = nn.b1 if loss < self.global_best_loss: self.global_best_loss = loss self.global_best_weights = nn.W1 self.global_best_bias = nn.b1 v_weights = self.velocities[j][0] v_bias = self.velocities[j][1] r1 = np.random.rand(self.input_dim, self.hidden_dim) r2 = np.random.rand(1, self.hidden_dim) r3 = np.random.rand(self.hidden_dim, self.output_dim) r4 = np.random.rand(1, self.output_dim) v_weights = self.learning_rate * (v_weights + r1 * (self.particle_best_weights[j] - nn.W1) + r2 * (self.global_best_weights - nn.W1)) v_bias = self.learning_rate * (v_bias + r3 * (self.particle_best_bias[j] - nn.b1) + r4 * (self.global_best_bias - nn.b1)) nn.W1 = nn.W1 + v_weights nn.b1 = nn.b1 + v_bias def predict(self, X_test): nn = NeuralNetwork(self.input_dim, self.hidden_dim, self.output_dim) nn.W1 = self.global_best_weights nn.b1 = self.global_best_bias return nn.predict(X_test) ``` 6. 训练模型并预测: ``` pso_bp = PSO_BP(n_particles=10, max_iter=100, learning_rate=0.01, input_dim=X_train.shape[1], hidden_dim=10, output_dim=len(np.unique(y_train))) pso_bp.train(X_train, y_train) y_pred = pso_bp.predict(X_test) ``` 这样,就可以使用 PSO-BP 算法实现多分类模型了。需要注意的是,这里的代码仅供参考,具体的实现方式可能因具体问题而异。
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