给出python实现3层的BP神经网络的完整代码 要求: •1.在第一象限,随机生成两类数据集合【尽量要求线性不可分】 2. 构造3层BP神经网络对两类数据集合进行分类训练 3. 进行分类测试 4.原则上要求使用源码编写,不要使用资源包

时间: 2024-12-12 16:32:46 浏览: 20
在Python中,我们可以使用numpy和matplotlib库来创建一个简单的三层BP(Backpropagation)神经网络。这里是一个简化的示例,用于在二维空间中模拟线性不可分的数据集,并使用梯度下降法进行训练。请注意,这个例子仅作教学目的,实际应用中可能需要更复杂的数据预处理和网络结构。 ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 生成二维线性不可分的数据集 np.random.seed(0) x1 = np.linspace(-5, 5, 100) y1 = x1 + 2 x2 = np.linspace(-5, -2, 100) y2 = -x2 + 3 data = np.vstack((np.column_stack([x1, y1]), np.column_stack([x2, y2]))) X = data[:, 0:2] Y = np.hstack([np.zeros(len(x1)), np.ones(len(x2))]) # 划分训练集和测试集 split_ratio = 0.8 train_size = int(split_ratio * len(X)) X_train, Y_train = X[:train_size], Y[:train_size] X_test, Y_test = X[train_size:], Y[train_size:] # 定义BP神经网络模型 class NeuralNetwork: def __init__(self, layers): self.layers = layers self.weights = [np.random.randn(y, x) for x, y in zip(layers[:-1], layers[1:])] def sigmoid(self, z): return 1 / (1 + np.exp(-z)) def forward(self, X): activations = [X] for W in self.weights: z = np.dot(W, activations[-1]) activations.append(self.sigmoid(z)) return activations def backward(self, X, Y, output, learning_rate=0.1): m = X.shape[1] d_weights = [] d_biases = [] # 计算误差反向传播 dz = output - Y d_weights.append(np.dot(dz.T, activations[-2])) dbias = np.sum(dz, axis=1, keepdims=True) for i in range(len(self.weights)-1, -1, -1): dz = np.multiply(dz, activations[i] * (1 - activations[i])) * self.weights[i+1].T d_weights.insert(0, dz) d_biases.insert(0, dbias) # 更新权重和偏置 for i in range(len(self.weights)): self.weights[i] -= learning_rate * d_weights[i] / m self.weights[i] += learning_rate * d_weights[i] / m def train(self, X, Y, epochs=1000): for epoch in range(epochs): output = self.forward(X) loss = np.mean(np.square(output[-1] - Y)) if (epoch+1) % 100 == 0: print(f"Epoch {epoch+1}: Loss = {loss}") self.backward(X, Y, output[-1]) nn = NeuralNetwork([2, 5, 1]) # 三层网络:输入层、隐藏层和输出层 nn.train(X_train, Y_train) # 分类测试 predictions = nn.forward(X_test)[-1] > 0.5 accuracy = np.mean(predictions == Y_test) print(f"Accuracy on test set: {accuracy}") # 可视化决策边界 plt.scatter(X_train[Y_train == 0, 0], X_train[Y_train == 0, 1], color='red', label="Class 0") plt.scatter(X_train[Y_train == 1, 0], X_train[Y_train == 1, 1], color='blue', label="Class 1") decision_boundary = -(nn.weights[-1][0, 0] / nn.weights[-1][0, 1]) plt.plot([-6, 6], [decision_boundary, decision_boundary], 'k-', linewidth=2) plt.xlabel("Feature 1") plt.ylabel("Feature 2") plt.legend() plt.show() ```
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