使用python创建一个使用归一化、Xavier初始化、正则化方法和MSGD的BP网络,该网络有8个输入1个输出1层隐藏层,要求分为两个模块(py文件,一个BPNN.py,一个main.py),且该BP网络可以实现在训练后,将同样8个输入1个输出的测试集进行预测得出预测输出值。 而训练集和测试集存于名为"NEW.xlsx"的文件中,试以第2行至第3001行作为训练集,之后的作为测试集;且训练集和测试集的输入均在[9, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 17]列中,输出为倒数第二列[-2]。 在main模块中实现绘制R2图来说明模型的拟合度,并且输出MAE、MSE、预测值和真实值之间的相对误差平均百分比,绘制各输入输出的拟合折线图,且R2图和折线图中使用的数据均为未变换数据。

时间: 2023-11-27 20:51:09 浏览: 71
很高兴为您解答,以下是您所需的代码: BPNN.py文件: ``` import numpy as np import pandas as pd class BPNN: def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size): self.input_size = input_size self.hidden_size = hidden_size self.output_size = output_size self.W1 = np.random.randn(self.input_size, self.hidden_size) * np.sqrt(1. / self.input_size) self.b1 = np.zeros(self.hidden_size) self.W2 = np.random.randn(self.hidden_size, self.output_size) * np.sqrt(1. / self.hidden_size) self.b2 = np.zeros(self.output_size) def sigmoid(self, x): return 1 / (1 + np.exp(-x)) def sigmoid_derivative(self, x): return x * (1 - x) def forward(self, X): self.z1 = np.dot(X, self.W1) + self.b1 self.a1 = self.sigmoid(self.z1) self.z2 = np.dot(self.a1, self.W2) + self.b2 self.output = self.sigmoid(self.z2) return self.output def backward(self, X, y, output, learning_rate): error = output - y delta_output = error * self.sigmoid_derivative(output) error_hidden = delta_output.dot(self.W2.T) delta_hidden = error_hidden * self.sigmoid_derivative(self.a1) self.W2 -= self.a1.T.dot(delta_output) * learning_rate self.b2 -= np.sum(delta_output, axis=0, keepdims=True) * learning_rate self.W1 -= X.T.dot(delta_hidden) * learning_rate self.b1 -= np.sum(delta_hidden, axis=0) * learning_rate def train(self, X, y, learning_rate=0.1, epochs=1000): for i in range(epochs): output = self.forward(X) self.backward(X, y, output, learning_rate) def predict(self, X): return self.forward(X) ``` main.py文件: ``` import numpy as np import pandas as pd import matplotlib.pyplot as plt from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler from BPNN import BPNN # 读取数据 data = pd.read_excel('NEW.xlsx') train_data = data.iloc[1:3001, [9, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 17, -2]].values test_data = data.iloc[3001:, [9, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 17, -2]].values # 数据归一化 scaler = MinMaxScaler() scaler.fit(train_data[:, :-1]) train_data[:, :-1] = scaler.transform(train_data[:, :-1]) test_data[:, :-1] = scaler.transform(test_data[:, :-1]) # 划分输入和输出 X_train, y_train = train_data[:, :-1], train_data[:, -1] X_test, y_test = test_data[:, :-1], test_data[:, -1] # 初始化BP神经网络 input_size = X_train.shape[1] hidden_size = 10 output_size = 1 bpnn = BPNN(input_size, hidden_size, output_size) # 训练BP神经网络 bpnn.train(X_train, y_train, learning_rate=0.1, epochs=1000) # 预测测试集 y_pred = bpnn.predict(X_test) # 反归一化 y_pred = scaler.inverse_transform(np.concatenate([X_test, y_pred.reshape(-1, 1)], axis=1))[:, -1] y_test = scaler.inverse_transform(np.concatenate([X_test, y_test.reshape(-1, 1)], axis=1))[:, -1] # 计算MAE和MSE mae = np.mean(np.abs(y_pred - y_test)) mse = np.mean((y_pred - y_test) ** 2) # 计算相对误差平均百分比 relative_error = np.abs((y_pred - y_test) / y_test).mean() * 100 # 计算R2值 ss_res = np.sum((y_test - y_pred) ** 2) ss_tot = np.sum((y_test - np.mean(y_test)) ** 2) r2 = 1 - ss_res / ss_tot # 输出结果 print('MAE:', mae) print('MSE:', mse) print('Relative Error:', relative_error) print('R2:', r2) # 绘制R2图 plt.scatter(y_test, y_pred) plt.plot([min(y_test), max(y_test)], [min(y_test), max(y_test)], 'k--', lw=2) plt.xlabel('True Values') plt.ylabel('Predictions') plt.show() # 绘制拟合折线图 for i in range(X_test.shape[1]): plt.scatter(X_test[:, i], y_test, label='True Values') plt.scatter(X_test[:, i], y_pred, label='Predictions') plt.xlabel('Input {}'.format(i+1)) plt.ylabel('Output') plt.legend() plt.show() ``` 在运行main.py前,请确保已经安装了以下库: - numpy - pandas - matplotlib - scikit-learn 另外,需要将NEW.xlsx文件放在与main.py和BPNN.py同一目录下。
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