请基于python环境帮我构建免疫遗传算法优化BP神经网络的框架

时间: 2023-09-16 07:11:20 浏览: 79
好的,我们可以使用Python的numpy库作为BP神经网络的基础,使用遗传算法对其进行优化,具体框架如下: 1. 定义BP神经网络的类,包括初始化网络、前向传播、反向传播、训练和预测等方法。 ``` import numpy as np class BPNeuralNetwork: 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.weights1 = np.random.randn(self.input_dim, self.hidden_dim) self.weights2 = np.random.randn(self.hidden_dim, self.output_dim) self.bias1 = np.random.randn(self.hidden_dim) self.bias2 = np.random.randn(self.output_dim) def sigmoid(self, x): return 1 / (1 + np.exp(-x)) def sigmoid_derivative(self, x): return x * (1 - x) def forward(self, x): self.z1 = np.dot(x, self.weights1) + self.bias1 self.a1 = self.sigmoid(self.z1) self.z2 = np.dot(self.a1, self.weights2) + self.bias2 self.a2 = self.sigmoid(self.z2) return self.a2 def backward(self, x, y, output): self.delta2 = (y - output) * self.sigmoid_derivative(output) self.weights2 += np.dot(self.a1.T, self.delta2) self.bias2 += np.sum(self.delta2, axis=0) self.delta1 = np.dot(self.delta2, self.weights2.T) * self.sigmoid_derivative(self.a1) self.weights1 += np.dot(x.T, self.delta1) self.bias1 += np.sum(self.delta1, axis=0) def train(self, x, y): output = self.forward(x) self.backward(x, y, output) def predict(self, x): return self.forward(x) ``` 2. 定义免疫遗传算法的类,包括初始化个体、种群、免疫操作、遗传操作、适应值评估和优化等方法。 ``` import random class ImmuneGA: def __init__(self, pop_size, gene_size): self.pop_size = pop_size self.gene_size = gene_size self.population = [[random.uniform(-1, 1) for _ in range(gene_size)] for _ in range(pop_size)] self.fitness = [0] * pop_size def mutation(self, gene): return gene + random.uniform(-0.1, 0.1) def immune_operation(self): for i in range(self.pop_size): for j in range(i + 1, self.pop_size): if random.random() < 0.5: for k in range(self.gene_size): self.population[i][k], self.population[j][k] = self.population[j][k], self.population[i][k] def crossover(self, parent1, parent2): split_point = random.randint(0, self.gene_size - 1) child1 = parent1[:split_point] + parent2[split_point:] child2 = parent2[:split_point] + parent1[split_point:] return child1, child2 def genetic_operation(self): for i in range(self.pop_size): parent1 = self.population[i] parent2 = self.population[random.randint(0, self.pop_size - 1)] child1, child2 = self.crossover(parent1, parent2) self.population[i] = child1 self.population[random.randint(0, self.pop_size - 1)] = child2 def evaluate_fitness(self, x, y, bp_nn): for i in range(self.pop_size): bp_nn.weights1 = np.array(self.population[i][:bp_nn.input_dim * bp_nn.hidden_dim]).reshape(bp_nn.input_dim, bp_nn.hidden_dim) bp_nn.weights2 = np.array(self.population[i][bp_nn.input_dim * bp_nn.hidden_dim:]).reshape(bp_nn.hidden_dim, bp_nn.output_dim) output = bp_nn.forward(x) error = np.sum(np.square(y - output)) self.fitness[i] = 1 / (1 + error) def optimize(self, x, y, bp_nn, max_iter): for i in range(max_iter): self.evaluate_fitness(x, y, bp_nn) self.immune_operation() self.genetic_operation() best_individual_index = self.fitness.index(max(self.fitness)) best_individual = self.population[best_individual_index] bp_nn.weights1 = np.array(best_individual[:bp_nn.input_dim * bp_nn.hidden_dim]).reshape(bp_nn.input_dim, bp_nn.hidden_dim) bp_nn.weights2 = np.array(best_individual[bp_nn.input_dim * bp_nn.hidden_dim:]).reshape(bp_nn.hidden_dim, bp_nn.output_dim) ``` 3. 使用上述两个类进行BP神经网络的优化,代码如下: ``` input_dim = 2 hidden_dim = 5 output_dim = 1 x_train = np.array([[0, 0], [0, 1], [1, 0], [1, 1]]) y_train = np.array([[0], [1], [1], [0]]) bp_nn = BPNeuralNetwork(input_dim, hidden_dim, output_dim) ga = ImmuneGA(50, input_dim * hidden_dim + hidden_dim * output_dim) ga.optimize(x_train, y_train, bp_nn, 200) print(bp_nn.predict(x_train)) ``` 其中,我们使用一个简单的异或问题作为训练样本,通过免疫遗传算法对BP神经网络进行优化,最终输出了网络对训练样本的预测结果。
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