python用人工蜂群网络优化BP神经网络

时间: 2023-11-05 15:51:56 浏览: 93
人工蜂群算法是一种启发式优化算法,可以应用于神经网络的训练和优化。 下面给出一个使用Python实现人工蜂群优化BP神经网络的示例代码: ```python import numpy as np from sklearn.datasets import load_iris from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.preprocessing import StandardScaler # 加载数据集 data = load_iris() X = data.data y = data.target # 数据预处理 scaler = StandardScaler() X = scaler.fit_transform(X) # 划分训练集和测试集 X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42) # BP神经网络 class NeuralNetwork: def __init__(self, input_dim, hidden_dim, output_dim): self.input_dim = input_dim self.hidden_dim = hidden_dim self.output_dim = output_dim self.W1 = np.random.randn(input_dim, hidden_dim) self.b1 = np.zeros((1, hidden_dim)) self.W2 = np.random.randn(hidden_dim, output_dim) self.b2 = np.zeros((1, output_dim)) def forward(self, X): # 前向传播 self.z1 = np.dot(X, self.W1) + self.b1 self.a1 = np.tanh(self.z1) self.z2 = np.dot(self.a1, self.W2) + self.b2 self.y_hat = np.exp(self.z2) / np.sum(np.exp(self.z2), axis=1, keepdims=True) def backward(self, X, y, lr): # 反向传播 delta3 = self.y_hat delta3[range(len(X)), y] -= 1 dW2 = np.dot(self.a1.T, delta3) db2 = np.sum(delta3, axis=0, keepdims=True) delta2 = np.dot(delta3, self.W2.T) * (1 - np.power(self.a1, 2)) dW1 = np.dot(X.T, delta2) db1 = np.sum(delta2, axis=0) self.W2 -= lr * dW2 self.b2 -= lr * db2 self.W1 -= lr * dW1 self.b1 -= lr * db1 def predict(self, X): # 预测 self.forward(X) return np.argmax(self.y_hat, axis=1) def evaluate(self, X, y): # 评估模型 y_pred = self.predict(X) acc = np.mean(y_pred == y) return acc # 人工蜂群算法 class ArtificialBeeColony: def __init__(self, nn, n_bees, limit=100, max_trials=50): self.nn = nn self.n_bees = n_bees self.limit = limit self.max_trials = max_trials self.best_bee = None self.best_score = -np.inf def train(self, X_train, y_train, lr): n_inputs = X_train.shape[1] n_outputs = len(np.unique(y_train)) self.nn = NeuralNetwork(n_inputs, self.nn.hidden_dim, n_outputs) self.best_bee = self.nn self.best_score = self.nn.evaluate(X_train, y_train) for i in range(self.limit): bees = [self.nn] * self.n_bees for j, bee in enumerate(bees): # 随机选择一个神经元进行调整 layer = np.random.randint(0, 2) if layer == 0: neuron = np.random.randint(0, self.nn.hidden_dim) bee.W1[neuron] += np.random.uniform(-1, 1) else: neuron = np.random.randint(0, self.nn.output_dim) bee.W2[neuron] += np.random.uniform(-1, 1) # 计算当前神经网络的分数 score = bee.evaluate(X_train, y_train) if score > self.best_score: self.best_bee = bee self.best_score = score # 若当前分数比原来的好,则更新神经网络 if score > bee.evaluate(X_train, y_train): bee.backward(X_train, y_train, lr) else: # 若当前分数比原来差,进行随机搜索 trial = 0 while trial < self.max_trials: if layer == 0: bee.W1[neuron] += np.random.uniform(-1, 1) else: bee.W2[neuron] += np.random.uniform(-1, 1) score = bee.evaluate(X_train, y_train) if score > bee.evaluate(X_train, y_train): bee.backward(X_train, y_train, lr) break else: if layer == 0: bee.W1[neuron] -= np.random.uniform(-1, 1) else: bee.W2[neuron] -= np.random.uniform(-1, 1) trial += 1 # 训练模型 abc = ArtificialBeeColony(nn=NeuralNetwork(input_dim=X_train.shape[1], hidden_dim=5, output_dim=len(np.unique(y_train))), n_bees=10, limit=100, max_trials=50) abc.train(X_train, y_train, lr=0.01) # 评估模型 acc_train = abc.best_bee.evaluate(X_train, y_train) acc_test = abc.best_bee.evaluate(X_test, y_test) print('训练集准确率:', acc_train) print('测试集准确率:', acc_test) ``` 这里使用了sklearn中的鸢尾花数据集进行训练和测试,神经网络的输入层为4个神经元,隐藏层为5个神经元,输出层为3个神经元。人工蜂群算法中,每个蜜蜂都是一个神经网络,随机选择一个神经元进行调整,计算当前神经网络的分数,若当前分数比原来的好,则更新神经网络,否则进行随机搜索。最终得到的`abc.best_bee`即为最优神经网络模型。
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