遗传算法优化切比雪夫神经网络代码

时间: 2023-09-03 12:12:05 浏览: 55
遗传算法可以用于优化神经网络的参数,以下是使用遗传算法优化切比雪夫神经网络的Python代码示例: ```python import numpy as np import random # 定义网络结构 class ChebyshevNet: def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size): self.input_size = input_size self.hidden_size = hidden_size self.output_size = output_size # 随机初始化权重 self.weights1 = np.random.randn(hidden_size, input_size) self.weights2 = np.random.randn(output_size, hidden_size) self.bias1 = np.random.randn(hidden_size) self.bias2 = np.random.randn(output_size) # 定义前向传播 def forward(self, x): x = np.dot(self.weights1, x) + self.bias1 x = np.maximum(x, 0) x = np.dot(self.weights2, x) + self.bias2 return x # 定义适应度函数 def fitness(self, data, labels): loss = 0 for i in range(data.shape[0]): x = data[i] y = labels[i] y_pred = self.forward(x) loss += np.max(np.abs(y_pred - y)) return -loss # 定义遗传算法 class GeneticAlgorithm: def __init__(self, population_size, mutation_rate, elite_rate, tournament_size): self.population_size = population_size self.mutation_rate = mutation_rate self.elite_rate = elite_rate self.tournament_size = tournament_size # 生成随机种群 def generate_population(self, input_size, hidden_size, output_size): population = [] for i in range(self.population_size): net = ChebyshevNet(input_size, hidden_size, output_size) population.append(net) return population # 计算每个个体的适应度 def evaluate_population(self, population, data, labels): fitnesses = [] for net in population: fitness = net.fitness(data, labels) fitnesses.append(fitness) return fitnesses # 选择个体 def select_population(self, population, fitnesses): selected = [] while len(selected) < self.population_size: tournament = random.sample(range(len(population)), self.tournament_size) tournament_fitnesses = [fitnesses[i] for i in tournament] winner = tournament[np.argmax(tournament_fitnesses)] selected.append(population[winner]) return selected # 交叉个体 def crossover_population(self, population): offspring = [] elite_size = int(self.elite_rate * self.population_size) elite = population[:elite_size] while len(offspring) < self.population_size - elite_size: parent1, parent2 = random.sample(population, 2) child1 = ChebyshevNet(parent1.input_size, parent1.hidden_size, parent1.output_size) child2 = ChebyshevNet(parent1.input_size, parent1.hidden_size, parent1.output_size) for i in range(parent1.hidden_size): if random.random() < 0.5: child1.weights1[i] = parent1.weights1[i] child2.weights1[i] = parent2.weights1[i] else: child1.weights1[i] = parent2.weights1[i] child2.weights1[i] = parent1.weights1[i] for i in range(parent1.output_size): if random.random() < 0.5: child1.weights2[i] = parent1.weights2[i] child2.weights2[i] = parent2.weights2[i] else: child1.weights2[i] = parent2.weights2[i] child2.weights2[i] = parent1.weights2[i] for i in range(parent1.hidden_size): if random.random() < 0.5: child1.bias1[i] = parent1.bias1[i] child2.bias1[i] = parent2.bias1[i] else: child1.bias1[i] = parent2.bias1[i] child2.bias1[i] = parent1.bias1[i] for i in range(parent1.output_size): if random.random() < 0.5: child1.bias2[i] = parent1.bias2[i] child2.bias2[i] = parent2.bias2[i] else: child1.bias2[i] = parent2.bias2[i] child2.bias2[i] = parent1.bias2[i] offspring.append(child1) offspring.append(child2) return elite + offspring # 变异个体 def mutate_population(self, population): for net in population: for i in range(net.hidden_size): if random.random() < self.mutation_rate: net.weights1[i] += np.random.randn(net.input_size) * 0.1 for i in range(net.output_size): if random.random() < self.mutation_rate: net.weights2[i] += np.random.randn(net.hidden_size) * 0.1 for i in range(net.hidden_size): if random.random() < self.mutation_rate: net.bias1[i] += np.random.randn() * 0.1 for i in range(net.output_size): if random.random() < self.mutation_rate: net.bias2[i] += np.random.randn() * 0.1 return population # 进化种群 def evolve_population(self, population, data, labels): fitnesses = self.evaluate_population(population, data, labels) population = self.select_population(population, fitnesses) population = self.crossover_population(population) population = self.mutate_population(population) return population # 定义数据集 data = np.array([[0, 0], [0, 1], [1, 0], [1, 1]]) labels = np.array([[0], [1], [1], [0]]) # 定义遗传算法参数 input_size = data.shape[1] hidden_size = 10 output_size = labels.shape[1] population_size = 100 mutation_rate = 0.1 elite_rate = 0.2 tournament_size = 5 # 生成随机种群 ga = GeneticAlgorithm(population_size, mutation_rate, elite_rate, tournament_size) population = ga.generate_population(input_size, hidden_size, output_size) # 进化种群 for i in range(100): population = ga.evolve_population(population, data, labels) # 选出最优个体 fitnesses = ga.evaluate_population(population, data, labels) best_index = np.argmax(fitnesses) best_net = population[best_index] # 打印最优个体的预测结果 for i in range(data.shape[0]): x = data[i] y = labels[i] y_pred = best_net.forward(x) print("Input:", x, "Actual output:", y, "Predicted output:", y_pred) ``` 在这个示例中,我们使用遗传算法优化一个切比雪夫神经网络来解决异或问题。我们定义了一个`ChebyshevNet`类来表示切比雪夫神经网络,它包含一个前向传播函数和一个适应度函数。我们还定义了一个`GeneticAlgorithm`类来实现遗传算法,它包含生成随机种群、计算适应度、选择、交叉和变异等操作。最后,我们使用遗传算法来进化种群并找到最优个体,然后使用最优个体来预测输入数据的输出。

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