用python实现bp神经网络算法

时间: 2023-11-30 20:42:35 浏览: 33
以下是使用Python实现BP神经网络算法的步骤: 1.导入必要的库 ```python import numpy as np ``` 2.定义sigmoid函数 ```python def sigmoid(x): return 1 / (1 + np.exp(-x)) ``` 3.初始化权重和偏置 ```python def init_weights(layer_sizes): weights = [] biases = [] for i in range(len(layer_sizes) - 1): w = np.random.randn(layer_sizes[i], layer_sizes[i+1]) b = np.zeros((1, layer_sizes[i+1])) weights.append(w) biases.append(b) return weights, biases ``` 4.前向传播 ```python def forward_propagation(X, weights, biases): a = X activations = [a] zs = [] for i in range(len(weights)): z = np.dot(a, weights[i]) + biases[i] a = sigmoid(z) zs.append(z) activations.append(a) return activations, zs ``` 5.计算代价函数 ```python def compute_cost(Y, Y_hat): m = Y.shape[0] cost = -1/m * np.sum(Y * np.log(Y_hat) + (1-Y) * np.log(1-Y_hat)) return cost ``` 6.反向传播 ```python def backward_propagation(X, Y, weights, biases, activations, zs): m = Y.shape[0] dA = -(np.divide(Y, activations[-1]) - np.divide(1 - Y, 1 - activations[-1])) dZ = dA * sigmoid(zs[-1]) * (1 - sigmoid(zs[-1])) dW = 1/m * np.dot(activations[-2].T, dZ) db = 1/m * np.sum(dZ, axis=0, keepdims=True) dA_prev = np.dot(dZ, weights[-1].T) dWs = [dW] dbs = [db] for i in range(len(weights) - 2, -1, -1): dZ = dA_prev * sigmoid(zs[i]) * (1 - sigmoid(zs[i])) dW = 1/m * np.dot(activations[i].T, dZ) db = 1/m * np.sum(dZ, axis=0, keepdims=True) dA_prev = np.dot(dZ, weights[i].T) dWs.append(dW) dbs.append(db) dWs.reverse() dbs.reverse() return dWs, dbs ``` 7.更新权重和偏置 ```python def update_weights(weights, biases, dWs, dbs, alpha): for i in range(len(weights)): weights[i] -= alpha * dWs[i] biases[i] -= alpha * dbs[i] return weights, biases ``` 8.训练模型 ```python def train(X, Y, layer_sizes, alpha, epochs): weights, biases = init_weights(layer_sizes) for i in range(epochs): activations, zs = forward_propagation(X, weights, biases) cost = compute_cost(Y, activations[-1]) dWs, dbs = backward_propagation(X, Y, weights, biases, activations, zs) weights, biases = update_weights(weights, biases, dWs, dbs, alpha) if i % 100 == 0: print("Epoch {}: cost = {}".format(i, cost)) return weights, biases ``` 9.使用模型进行预测 ```python def predict(X, weights, biases): activations, zs = forward_propagation(X, weights, biases) predictions = (activations[-1] > 0.5).astype(int) return predictions ```

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好的,根据上面的目标函数,我们可以推导出其对应的梯度向量函数,如下所示: def gradient(x, y, beta): """ Compute gradient of the logistic regression loss function :param beta: model parameter vector :param x: feature matrix :param y: label vector :return: gradient vector """ n = x.shape[0] pred = 1 /
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