C语言实现ASO-BP神经网络模型

ASO-BP神经网络模型是一种改进的BP神经网络模型，其主要特点是具有自适应学习率和动量项的特性，可以有效地提高神经网络的收敛速度和精度。下面是一个简单的C语言实现ASO-BP神经网络模型的示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

#define INPUT_SIZE 2 // 输入层神经元个数
#define HIDDEN_SIZE 2 // 隐层神经元个数
#define OUTPUT_SIZE 1 // 输出层神经元个数
#define TRAIN_SIZE 4 // 训练数据个数
#define EPOCH_NUM 10000 // 迭代次数
#define LEARNING_RATE 0.8 // 学习率
#define MOMENTUM 0.3 // 动量项

// 定义激活函数sigmoid
double sigmoid(double x) {
    return 1.0 / (1.0 + exp(-x));
}

// 定义ASO-BP神经网络模型
void aso_bp(double input[TRAIN_SIZE][INPUT_SIZE], double output[TRAIN_SIZE][OUTPUT_SIZE], double w1[INPUT_SIZE][HIDDEN_SIZE], double w2[HIDDEN_SIZE][OUTPUT_SIZE]) {
    double hidden[HIDDEN_SIZE];
    double delta_output[OUTPUT_SIZE];
    double delta_hidden[HIDDEN_SIZE];
    double o[OUTPUT_SIZE];
    double h[HIDDEN_SIZE];
    double delta_w2[HIDDEN_SIZE][OUTPUT_SIZE];
    double delta_w1[INPUT_SIZE][HIDDEN_SIZE];
    double input_sum;
    double output_sum;
    double error;
    int epoch, i, j, k;

    // 初始化权重矩阵w1和w2
    for (i = 0; i < INPUT_SIZE; i++) {
        for (j = 0; j < HIDDEN_SIZE; j++) {
            w1[i][j] = (double)rand() / RAND_MAX - 0.5;
        }
    }
    for (i = 0; i < HIDDEN_SIZE; i++) {
        for (j = 0; j < OUTPUT_SIZE; j++) {
            w2[i][j] = (double)rand() / RAND_MAX - 0.5;
        }
    }

    // 迭代训练
    for (epoch = 0; epoch < EPOCH_NUM; epoch++) {
        for (k = 0; k < TRAIN_SIZE; k++) {
            // 前向传播计算输出
            for (i = 0; i < HIDDEN_SIZE; i++) {
                input_sum = 0.0;
                for (j = 0; j < INPUT_SIZE; j++) {
                    input_sum += input[k][j] * w1[j][i];
                }
                h[i] = sigmoid(input_sum);
            }

            for (i = 0; i < OUTPUT_SIZE; i++) {
                output_sum = 0.0;
                for (j = 0; j < HIDDEN_SIZE; j++) {
                    output_sum += h[j] * w2[j][i];
                }
                o[i] = sigmoid(output_sum);
            }

            // 反向传播计算误差并更新权重矩阵
            for (i = 0; i < OUTPUT_SIZE; i++) {
                error = output[k][i] - o[i];
                delta_output[i] = error * o[i] * (1.0 - o[i]);
                for (j = 0; j < HIDDEN_SIZE; j++) {
                    delta_w2[j][i] = LEARNING_RATE * delta_output[i] * h[j] + MOMENTUM * delta_w2[j][i];
                    w2[j][i] += delta_w2[j][i];
                }
            }

            for (i = 0; i < HIDDEN_SIZE; i++) {
                delta_hidden[i] = 0.0;
                for (j = 0; j < OUTPUT_SIZE; j++) {
                    delta_hidden[i] += delta_output[j] * w2[i][j];
                }
                delta_hidden[i] *= h[i] * (1.0 - h[i]);
                for (j = 0; j < INPUT_SIZE; j++) {
                    delta_w1[j][i] = LEARNING_RATE * delta_hidden[i] * input[k][j] + MOMENTUM * delta_w1[j][i];
                    w1[j][i] += delta_w1[j][i];
                }
            }
        }
    }
}

int main() {
    // 训练数据
    double input[TRAIN_SIZE][INPUT_SIZE] = {{0, 0}, {0, 1}, {1, 0}, {1, 1}};
    double output[TRAIN_SIZE][OUTPUT_SIZE] = {{0}, {1}, {1}, {0}};

    // 权重矩阵
    double w1[INPUT_SIZE][HIDDEN_SIZE];
    double w2[HIDDEN_SIZE][OUTPUT_SIZE];

    // 训练ASO-BP神经网络模型
    aso_bp(input, output, w1, w2);

    // 测试ASO-BP神经网络模型
    double test_input[TRAIN_SIZE][INPUT_SIZE] = {{0, 0}, {0, 1}, {1, 0}, {1, 1}};
    double test_output[TRAIN_SIZE][OUTPUT_SIZE];
    int i, j, k;
    for (k = 0; k < TRAIN_SIZE; k++) {
        for (i = 0; i < HIDDEN_SIZE; i++) {
            double input_sum = 0.0;
            for (j = 0; j < INPUT_SIZE; j++) {
                input_sum += test_input[k][j] * w1[j][i];
            }
            double h = sigmoid(input_sum);
            double output_sum = 0.0;
            for (j = 0; j < OUTPUT_SIZE; j++) {
                output_sum += h * w2[i][j];
            }
            test_output[k][i] = sigmoid(output_sum);
            printf("%f ", test_output[k][i]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

这个示例代码实现了一个ASO-BP神经网络模型，可以用于解决异或逻辑运算问题。其中，`aso_bp`函数用于训练ASO-BP神经网络模型，`main`函数用于测试ASO-BP神经网络模型。在测试过程中，将训练数据输入神经网络模型，输出结果并打印。