遗传算法优化bp神经网络代码

时间: 2023-08-23 10:05:49 浏览: 98
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基于遗传算法的Bp神经网络优化算法代码.rar

遗传算法和BP神经网络都是优化算法,结合可以提高模型的准确性和鲁棒性。以下是一个简单的遗传算法优化BP神经网络的示例代码: ```python import numpy as np # 定义BP神经网络 class BPNeuralNetwork: def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size): self.input_size = input_size self.hidden_size = hidden_size self.output_size = output_size # 初始化权重和偏置 self.weights1 = np.random.randn(input_size, hidden_size) self.bias1 = np.random.randn(hidden_size) self.weights2 = np.random.randn(hidden_size, output_size) self.bias2 = np.random.randn(output_size) # 前向传播 def forward(self, X): self.z1 = np.dot(X, self.weights1) + self.bias1 self.a1 = np.tanh(self.z1) self.z2 = np.dot(self.a1, self.weights2) + self.bias2 self.a2 = np.tanh(self.z2) return self.a2 # 反向传播 def backward(self, X, y, learning_rate): # 计算输出误差 delta2 = (self.a2 - y) * (1 - np.power(self.a2, 2)) # 计算隐藏层误差 delta1 = np.dot(delta2, self.weights2.T) * (1 - np.power(self.a1, 2)) # 更新权重和偏置 self.weights2 -= learning_rate * np.dot(self.a1.T, delta2) self.bias2 -= learning_rate * np.sum(delta2, axis=0) self.weights1 -= learning_rate * np.dot(X.T, delta1) self.bias1 -= learning_rate * np.sum(delta1, axis=0) # 定义适应度函数 def fitness_function(weights): neural_network.weights1 = np.reshape(weights[:input_size*hidden_size], (input_size, hidden_size)) neural_network.bias1 = np.reshape(weights[input_size*hidden_size:hidden_size*(input_size+1)], (hidden_size,)) neural_network.weights2 = np.reshape(weights[hidden_size*(input_size+1):hidden_size*(input_size+1)+hidden_size*output_size], (hidden_size, output_size)) neural_network.bias2 = np.reshape(weights[hidden_size*(input_size+1)+hidden_size*output_size:], (output_size,)) # 计算预测值和误差 y_pred = neural_network.forward(X_train) loss = np.mean(np.power(y_pred - y_train, 2)) # 返回逆误差作为适应度值 return 1 / loss # 遗传算法 class GeneticAlgorithm: def __init__(self, population_size, weights_size, fitness_function): self.population_size = population_size self.weights_size = weights_size self.fitness_function = fitness_function # 初始化种群 self.population = np.random.randn(population_size, weights_size) # 选择 def selection(self, fitness): return np.random.choice(range(self.population_size), size=self.population_size, replace=True, p=fitness/fitness.sum()) # 交叉 def crossover(self, parent1, parent2): crossover_point = np.random.randint(0, self.weights_size) child1 = np.concatenate((parent1[:crossover_point], parent2[crossover_point:])) child2 = np.concatenate((parent2[:crossover_point], parent1[crossover_point:])) return child1, child2 # 变异 def mutation(self, offspring): mutation_point = np.random.randint(0, self.weights_size) offspring[mutation_point] += np.random.randn() return offspring # 进化 def evolve(self, generations): for i in range(generations): # 计算适应度 fitness = np.array([self.fitness_function(weights) for weights in self.population]) # 选择 parents = self.selection(fitness) # 交叉 offspring = np.array([self.crossover(self.population[parent1], self.population[parent2]) for parent1, parent2 in zip(parents[::2], parents[1::2])]).reshape(-1, self.weights_size) # 变异 offspring = np.array([self.mutation(child) for child in offspring]) # 更新种群 self.population = offspring # 输出进化过程 print('Generation: {}\tBest Fitness: {}'.format(i+1, fitness.max())) # 返回最佳个体 return self.population[fitness.argmax()] # 训练数据 X_train = np.array([[0, 0], [0, 1], [1, 0], [1, 1]]) y_train = np.array([[0], [1], [1], [0]]) # 神经网络参数 input_size = 2 hidden_size = 3 output_size = 1 # 初始化神经网络 neural_network = BPNeuralNetwork(input_size, hidden_size, output_size) # 训练神经网络 genetic_algorithm = GeneticAlgorithm(population_size=20, weights_size=(input_size*hidden_size+hidden_size*(input_size+1)+hidden_size*output_size+output_size), fitness_function=fitness_function) best_individual = genetic_algorithm.evolve(generations=100) # 使用最佳个体预测 neural_network.weights1 = np.reshape(best_individual[:input_size*hidden_size], (input_size, hidden_size)) neural_network.bias1 = np.reshape(best_individual[input_size*hidden_size:hidden_size*(input_size+1)], (hidden_size,)) neural_network.weights2 = np.reshape(best_individual[hidden_size*(input_size+1):hidden_size*(input_size+1)+hidden_size*output_size], (hidden_size, output_size)) neural_network.bias2 = np.reshape(best_individual[hidden_size*(input_size+1)+hidden_size*output_size:], (output_size,)) y_pred = neural_network.forward(X_train) print('Predictions:', y_pred) ``` 在这个示例中,我们使用遗传算法来优化BP神经网络的权重和偏置。适应度函数计算预测值和真实值之间的误差,并返回逆误差作为适应度值。遗传算法的三个操作(选择、交叉和变异)在`GeneticAlgorithm`类中实现。在训练过程中,我们使用遗传算法的进化过程来优化神经网络的权重和偏置。最后,使用最佳个体进行预测。
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