生成BP神经网络优化粒子群代码

时间: 2023-09-20 07:13:38 浏览: 46
以下是一个简单的基于粒子群优化的BP神经网络训练代码实现,你可以根据自己的需求进行修改和优化。 ```python import numpy as np #定义BP神经网络模型类 class BPNN(object): def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size): # 初始化神经网络参数 self.input_size = input_size # 输入层大小 self.hidden_size = hidden_size # 隐藏层大小 self.output_size = output_size # 输出层大小 self.W1 = np.random.randn(self.input_size, self.hidden_size) # 输入层到隐藏层的权重矩阵 self.b1 = np.zeros((1, self.hidden_size)) # 隐藏层偏置项 self.W2 = np.random.randn(self.hidden_size, self.output_size) # 隐藏层到输出层的权重矩阵 self.b2 = np.zeros((1, self.output_size)) # 输出层偏置项 # 定义sigmoid激活函数 def sigmoid(self, x): return 1 / (1 + np.exp(-x)) # 定义前向传播函数 def forward(self, X): self.z1 = np.dot(X, self.W1) + self.b1 # 隐藏层输入 self.a1 = self.sigmoid(self.z1) # 隐藏层输出 self.z2 = np.dot(self.a1, self.W2) + self.b2 # 输出层输入 self.y_hat = self.sigmoid(self.z2) # 输出层输出 return self.y_hat # 定义代价函数 def cost(self, X, y): self.y_hat = self.forward(X) J = 0.5 * np.sum((y - self.y_hat) ** 2) return J # 定义反向传播函数 def backward(self, X, y): self.y_hat = self.forward(X) delta3 = np.multiply(-(y - self.y_hat), self.sigmoid(self.z2) * (1 - self.sigmoid(self.z2))) dW2 = np.dot(self.a1.T, delta3) db2 = np.sum(delta3, axis=0, keepdims=True) delta2 = np.dot(delta3, self.W2.T) * self.sigmoid(self.z1) * (1 - self.sigmoid(self.z1)) dW1 = np.dot(X.T, delta2) db1 = np.sum(delta2, axis=0) return dW1, db1, dW2, db2 # 定义优化器类 class ParticleSwarmOptimizer(object): def __init__(self, cost_func, num_particles, input_size, hidden_size, output_size, max_iter=100, inertia_weight=0.729, cognitive_weight=1.49445, social_weight=1.49445): self.cost_func = cost_func # 代价函数 self.num_particles = num_particles # 粒子数 self.input_size = input_size # 输入层大小 self.hidden_size = hidden_size # 隐藏层大小 self.output_size = output_size # 输出层大小 self.max_iter = max_iter # 最大迭代次数 self.inertia_weight = inertia_weight # 惯性权重 self.cognitive_weight = cognitive_weight # 个体认知权重 self.social_weight = social_weight # 群体社会权重 self.particles = [] # 粒子数组 self.velocities = [] # 速度数组 self.pbest_positions = [] # 粒子历史最优位置数组 self.pbest_scores = [] # 粒子历史最优得分数组 self.gbest_position = None # 群体历史最优位置 self.gbest_score = float('inf') # 群体历史最优得分 # 初始化粒子和速度 for i in range(self.num_particles): nn = BPNN(self.input_size, self.hidden_size, self.output_size) # 初始化神经网络模型 self.particles.append(nn) self.velocities.append((np.random.randn(nn.W1.shape[0], nn.W1.shape[1]), np.random.randn(nn.W2.shape[0], nn.W2.shape[1]))) # 初始化粒子历史最优得分和位置 score = self.cost_func(X, y) self.pbest_scores.append(score) self.pbest_positions.append((nn.W1.copy(), nn.b1.copy(), nn.W2.copy(), nn.b2.copy())) # 初始化群体历史最优得分和位置 if score < self.gbest_score: self.gbest_score = score self.gbest_position = (nn.W1.copy(), nn.b1.copy(), nn.W2.copy(), nn.b2.copy()) # 定义粒子群优化算法 def optimize(self, X, y): for iter in range(self.max_iter): for i in range(self.num_particles): nn = self.particles[i] velocity = self.velocities[i] # 计算新的速度 new_velocity = ( self.inertia_weight * velocity[0] + self.cognitive_weight * np.random.rand() * (self.pbest_positions[i][0] - nn.W1) + self.social_weight * np.random.rand() * (self.gbest_position[0] - nn.W1), self.inertia_weight * velocity[1] + self.cognitive_weight * np.random.rand() * (self.pbest_positions[i][2] - nn.W2) + self.social_weight * np.random.rand() * (self.gbest_position[2] - nn.W2) ) # 更新权重矩阵和偏置项 nn.W1 += new_velocity[0] nn.b1 += new_velocity[0] nn.W2 += new_velocity[1] nn.b2 += new_velocity[1] # 计算代价函数得分 score = self.cost_func(X, y) # 更新粒子历史最优得分和位置 if score < self.pbest_scores[i]: self.pbest_scores[i] = score self.pbest_positions[i] = (nn.W1.copy(), nn.b1.copy(), nn.W2.copy(), nn.b2.copy()) # 更新群体历史最优得分和位置 if score < self.gbest_score: self.gbest_score = score self.gbest_position = (nn.W1.copy(), nn.b1.copy(), nn.W2.copy(), nn.b2.copy()) print('Iteration:', iter, 'Cost:', self.gbest_score) # 生成训练数据 X = np.array([[0, 0], [0, 1], [1, 0], [1, 1]]) y = np.array([[0], [1], [1], [0]]) # 初始化优化器 optimizer = ParticleSwarmOptimizer(cost_func=BPNN(X.shape[1], 4, y.shape[1]).cost, num_particles=10, input_size=X.shape[1], hidden_size=4, output_size=y.shape[1]) # 进行模型训练 optimizer.optimize(X, y) ``` 需要注意的是,本代码实现仅供参考,具体实现方式可能因人而异,你需要根据自己的需求进行修改和优化。

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