利用Python语言实现神经网络模型

时间: 2024-02-16 22:55:11 浏览: 18
实现一个基本的神经网络模型可以分为以下几个步骤: 1. 导入必要的库 ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt ``` 2. 数据预处理 ```python # 加载数据 data = np.loadtxt('data.txt') X = data[:, 0:2] y = data[:, 2] # 特征缩放 X = (X - np.mean(X, axis=0)) / np.std(X, axis=0) # 将标签转换为列向量 y = y.reshape(-1, 1) ``` 3. 定义神经网络模型 ```python class NeuralNetwork: def __init__(self, input_dim, hidden_dim, output_dim): # 初始化权重和偏置 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 sigmoid(self, x): return 1 / (1 + np.exp(-x)) def forward(self, X): # 前向传播 z1 = np.dot(X, self.W1) + self.b1 a1 = self.sigmoid(z1) z2 = np.dot(a1, self.W2) + self.b2 y_pred = self.sigmoid(z2) return y_pred def sigmoid_derivative(self, x): return x * (1 - x) def backward(self, X, y, y_pred, learning_rate): # 反向传播 error = y - y_pred d_output = error * self.sigmoid_derivative(y_pred) error_hidden = d_output.dot(self.W2.T) d_hidden = error_hidden * self.sigmoid_derivative(a1) # 更新权重和偏置 self.W2 += a1.T.dot(d_output) * learning_rate self.b2 += np.sum(d_output, axis=0, keepdims=True) * learning_rate self.W1 += X.T.dot(d_hidden) * learning_rate self.b1 += np.sum(d_hidden, axis=0) * learning_rate def train(self, X, y, learning_rate, epochs): # 训练模型 for i in range(epochs): y_pred = self.forward(X) self.backward(X, y, y_pred, learning_rate) ``` 4. 训练模型 ```python input_dim = 2 hidden_dim = 4 output_dim = 1 learning_rate = 0.1 epochs = 10000 nn = NeuralNetwork(input_dim, hidden_dim, output_dim) nn.train(X, y, learning_rate, epochs) ``` 5. 测试模型 ```python # 预测新的数据点 x_new = np.array([-0.5, 0.5]) x_new = (x_new - np.mean(X, axis=0)) / np.std(X, axis=0) y_new = nn.forward(x_new) print('预测结果:', y_new) # 绘制决策边界 x1_min, x1_max = X[:, 0].min() - 1, X[:, 0].max() + 1 x2_min, x2_max = X[:, 1].min() - 1, X[:, 1].max() + 1 xx, yy = np.meshgrid(np.arange(x1_min, x1_max, 0.1), np.arange(x2_min, x2_max, 0.1)) Z = nn.forward(np.c_[xx.ravel(), yy.ravel()]) Z = Z.reshape(xx.shape) plt.contourf(xx, yy, Z, alpha=0.4) plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=y.ravel(), alpha=0.8) plt.show() ```

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