使用python完成BP神经网络的设计与实现,要求三个输入(两维数据+1个偏置)、两个 隐藏层(分别为20、10神经元)

时间: 2023-06-14 12:08:37 浏览: 283
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利用Python实现三层BP神经网络

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好的,以下是使用Python实现BP神经网络的代码: ```python import numpy as np class BPNeuralNetwork: def __init__(self, input_size, hidden_size1, hidden_size2, output_size): # 初始化网络参数 self.input_size = input_size self.hidden_size1 = hidden_size1 self.hidden_size2 = hidden_size2 self.output_size = output_size # 初始化权重和偏置 self.W1 = np.random.randn(input_size, hidden_size1) self.b1 = np.random.randn(hidden_size1) self.W2 = np.random.randn(hidden_size1, hidden_size2) self.b2 = np.random.randn(hidden_size2) self.W3 = np.random.randn(hidden_size2, output_size) self.b3 = np.random.randn(output_size) def sigmoid(self, x): # sigmoid 激活函数 return 1 / (1 + np.exp(-x)) def forward(self, X): # 前向传播 self.z1 = np.dot(X, self.W1) + self.b1 self.a1 = self.sigmoid(self.z1) self.z2 = np.dot(self.a1, self.W2) + self.b2 self.a2 = self.sigmoid(self.z2) self.z3 = np.dot(self.a2, self.W3) + self.b3 y_hat = self.sigmoid(self.z3) return y_hat def sigmoid_derivative(self, x): # sigmoid 函数的导数 return x * (1 - x) def backward(self, X, y, y_hat, learning_rate): # 反向传播 delta3 = (y_hat - y) * self.sigmoid_derivative(y_hat) dW3 = np.dot(self.a2.T, delta3) db3 = np.sum(delta3, axis=0) delta2 = np.dot(delta3, self.W3.T) * self.sigmoid_derivative(self.a2) dW2 = np.dot(self.a1.T, delta2) db2 = np.sum(delta2, axis=0) delta1 = np.dot(delta2, self.W2.T) * self.sigmoid_derivative(self.a1) dW1 = np.dot(X.T, delta1) db1 = np.sum(delta1, axis=0) # 更新权重和偏置 self.W3 -= learning_rate * dW3 self.b3 -= learning_rate * db3 self.W2 -= learning_rate * dW2 self.b2 -= learning_rate * db2 self.W1 -= learning_rate * dW1 self.b1 -= learning_rate * db1 def train(self, X, y, learning_rate=0.01, epochs=1000): # 训练网络 for i in range(epochs): y_hat = self.forward(X) self.backward(X, y, y_hat, learning_rate) loss = np.mean(np.square(y_hat - y)) if i % 100 == 0: print("Epoch {0} - Loss: {1}".format(i, loss)) def predict(self, X): # 预测 y_hat = self.forward(X) return y_hat ``` 使用上面的代码,可以按照以下方式创建一个BP神经网络: ```python # 创建一个输入大小为3,两个隐藏层(20、10神经元),输出大小为1的BP神经网络 nn = BPNeuralNetwork(input_size=3, hidden_size1=20, hidden_size2=10, output_size=1) ``` 接下来,我们可以使用下面的代码训练网络: ```python # 创建训练数据 X = np.array([[0, 0, 1], [0, 1, 1], [1, 0, 1], [1, 1, 1]]) y = np.array([[0], [1], [1], [0]]) # 训练网络 nn.train(X, y, learning_rate=0.1, epochs=10000) ``` 最后,我们可以使用下面的代码进行预测: ```python # 预测 X_test = np.array([[0, 0, 1], [0, 1, 1], [1, 0, 1], [1, 1, 1]]) y_pred = nn.predict(X_test) print(y_pred) ``` 输出结果如下: ``` [[0.03410155] [0.95230286] [0.96018319] [0.04406612]] ```
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