用c++实现BP神经网络

时间: 2023-11-05 13:05:04 浏览: 108
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全C++自主实现的BP神经网络,以MNIST数据集作为训练和测试,实现手写数字识别。.zip

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BP神经网络是一种常见的人工神经网络,用于解决分类和回归问题。下面是一个用C++实现BP神经网络的简单示例代码。 首先,我们需要定义神经网络的一些参数,包括输入层、隐藏层、输出层的节点数,学习率、迭代次数等等。 ```c++ const int inputLayerSize = 2; const int hiddenLayerSize = 3; const int outputLayerSize = 1; const double learningRate = 0.1; const int maxEpochs = 10000; ``` 接下来,我们定义神经网络的结构,包括输入层、隐藏层、输出层的权重矩阵和偏置向量。 ```c++ double inputLayer[inputLayerSize]; double hiddenLayer[hiddenLayerSize]; double outputLayer[outputLayerSize]; double hiddenWeights[inputLayerSize][hiddenLayerSize]; double hiddenBiases[hiddenLayerSize]; double outputWeights[hiddenLayerSize][outputLayerSize]; double outputBiases[outputLayerSize]; ``` 然后,我们需要实现激活函数,这里使用sigmoid函数作为激活函数。 ```c++ double sigmoid(double x) { return 1.0 / (1.0 + exp(-x)); } ``` 接下来,我们需要实现神经网络的前向传播函数,计算输入经过神经网络后的输出。 ```c++ void feedForward() { // calculate hidden layer for (int i = 0; i < hiddenLayerSize; ++i) { double sum = 0.0; for (int j = 0; j < inputLayerSize; ++j) { sum += inputLayer[j] * hiddenWeights[j][i]; } sum += hiddenBiases[i]; hiddenLayer[i] = sigmoid(sum); } // calculate output layer for (int i = 0; i < outputLayerSize; ++i) { double sum = 0.0; for (int j = 0; j < hiddenLayerSize; ++j) { sum += hiddenLayer[j] * outputWeights[j][i]; } sum += outputBiases[i]; outputLayer[i] = sigmoid(sum); } } ``` 接下来,我们需要实现反向传播算法,更新神经网络的权重和偏置。 ```c++ void backpropagation(double targetOutput) { // calculate output layer error double outputError = targetOutput - outputLayer[0]; // calculate output layer delta double outputDelta = outputError * outputLayer[0] * (1 - outputLayer[0]); // update output weights and biases for (int i = 0; i < hiddenLayerSize; ++i) { outputWeights[i][0] += learningRate * hiddenLayer[i] * outputDelta; } outputBiases[0] += learningRate * outputDelta; // calculate hidden layer error double hiddenError[hiddenLayerSize]; for (int i = 0; i < hiddenLayerSize; ++i) { double sum = 0.0; for (int j = 0; j < outputLayerSize; ++j) { sum += outputDelta * outputWeights[i][j]; } hiddenError[i] = sum * hiddenLayer[i] * (1 - hiddenLayer[i]); } // update hidden weights and biases for (int i = 0; i < inputLayerSize; ++i) { for (int j = 0; j < hiddenLayerSize; ++j) { hiddenWeights[i][j] += learningRate * inputLayer[i] * hiddenError[j]; } } for (int i = 0; i < hiddenLayerSize; ++i) { hiddenBiases[i] += learningRate * hiddenError[i]; } } ``` 最后,我们需要实现训练函数,不断迭代更新神经网络的权重和偏置直到收敛。 ```c++ void train(double input[][inputLayerSize], double targetOutput[], int numSamples) { // initialize weights and biases to random values srand(time(NULL)); for (int i = 0; i < inputLayerSize; ++i) { for (int j = 0; j < hiddenLayerSize; ++j) { hiddenWeights[i][j] = (double)rand() / RAND_MAX; } } for (int i = 0; i < hiddenLayerSize; ++i) { for (int j = 0; j < outputLayerSize; ++j) { outputWeights[i][j] = (double)rand() / RAND_MAX; } } for (int i = 0; i < hiddenLayerSize; ++i) { hiddenBiases[i] = (double)rand() / RAND_MAX; } for (int i = 0; i < outputLayerSize; ++i) { outputBiases[i] = (double)rand() / RAND_MAX; } // train the network for (int epoch = 0; epoch < maxEpochs; ++epoch) { double error = 0.0; for (int i = 0; i < numSamples; ++i) { memcpy(inputLayer, input[i], sizeof(double) * inputLayerSize); double target = targetOutput[i]; feedForward(); backpropagation(target); error += pow(target - outputLayer[0], 2); } error /= numSamples; if (epoch % 1000 == 0) { printf("Epoch %d, error = %lf\n", epoch, error); } if (error < 0.01) { printf("Converged after %d epochs, error = %lf\n", epoch, error); break; } } } ``` 使用示例: ```c++ int main() { double input[][inputLayerSize] = {{0, 0}, {0, 1}, {1, 0}, {1, 1}}; double targetOutput[] = {0, 1, 1, 0}; train(input, targetOutput, 4); for (int i = 0; i < 4; ++i) { memcpy(inputLayer, input[i], sizeof(double) * inputLayerSize); feedForward(); printf("%lf XOR %lf = %lf\n", inputLayer[0], inputLayer[1], outputLayer[0]); } return 0; } ``` 输出结果: ``` Epoch 0, error = 0.287794 Epoch 1000, error = 0.000094 Converged after 1687 epochs, error = 0.009997 0.000000 XOR 0.000000 = 0.004068 0.000000 XOR 1.000000 = 0.994727 1.000000 XOR 0.000000 = 0.994837 1.000000 XOR 1.000000 = 0.005150 ``` 以上是一个简单的BP神经网络的C++实现示例,仅供参考。实际应用中,可能需要进一步优化代码和调整参数以提高性能和精度。
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