Python实现深度神经网络

时间: 2023-12-15 15:06:16 浏览: 30
以下是Python实现深度神经网络的基本步骤: 1.导入所需的库和模块 ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt ``` 2.准备数据集 ```python # 生成数据集 np.random.seed(0) X, y = sklearn.datasets.make_moons(200, noise=0.20) ``` 3.定义神经网络的结构 ```python # 定义神经网络的结构 input_dim = 2 # 输入层维度 hidden_dim = 3 # 隐藏层维度 output_dim = 2 # 输出层维度 # 初始化权重参数 W1 = np.random.randn(input_dim, hidden_dim) b1 = np.zeros((1, hidden_dim)) W2 = np.random.randn(hidden_dim, output_dim) b2 = np.zeros((1, output_dim)) ``` 4.定义前向传播函数 ```python # 定义前向传播函数 def forward(X, W1, b1, W2, b2): # 计算隐藏层的输入 z1 = X.dot(W1) + b1 # 计算隐藏层的输出 a1 = np.tanh(z1) # 计算输出层的输入 z2 = a1.dot(W2) + b2 # 计算输出层的输出 exp_scores = np.exp(z2) probs = exp_scores / np.sum(exp_scores, axis=1, keepdims=True) return z1, a1, z2, probs ``` 5.定义损失函数 ```python # 定义损失函数 def calculate_loss(X, y, W1, b1, W2, b2): num_examples = len(X) # 前向传播 z1, a1, z2, probs = forward(X, W1, b1, W2, b2) # 计算损失 corect_logprobs = -np.log(probs[range(num_examples), y]) data_loss = np.sum(corect_logprobs) # 加上正则化项 data_loss += reg_lambda/2 * (np.sum(np.square(W1)) + np.sum(np.square(W2))) return 1./num_examples * data_loss ``` 6.定义反向传播函数 ```python # 定义反向传播函数 def backward(X, y, z1, a1, z2, probs, W1, b1, W2, b2): num_examples = len(X) # 计算输出层的误差 delta3 = probs delta3[range(num_examples), y] -= 1 # 计算隐藏层的误差 delta2 = delta3.dot(W2.T) * (1 - np.power(a1, 2)) # 计算权重参数的梯度 dW2 = (a1.T).dot(delta3) db2 = np.sum(delta3, axis=0, keepdims=True) dW1 = np.dot(X.T, delta2) db1 = np.sum(delta2, axis=0) # 加上正则化项 dW2 += reg_lambda * W2 dW1 += reg_lambda * W1 return dW1, db1, dW2, db2 ``` 7.训练神经网络 ```python # 训练神经网络 num_examples = len(X) reg_lambda = 0.01 learning_rate = 0.01 for i in range(20000): # 前向传播 z1, a1, z2, probs = forward(X, W1, b1, W2, b2) # 反向传播 dW1, db1, dW2, db2 = backward(X, y, z1, a1, z2, probs, W1, b1, W2, b2) # 更新权重参数 W1 -= learning_rate * dW1 b1 -= learning_rate * db1 W2 -= learning_rate * dW2 b2 -= learning_rate * db2 # 每1000次迭代输出一次损失函数的值 if i % 1000 == 0: print("Loss after iteration %i: %f" % (i, calculate_loss(X, y, W1, b1, W2, b2))) ```

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