使用python写一个使用Xavier初始化、正则化方法和MSGD的BP网络(8个输入,1个输出,5个隐藏节点),并写一个main实现将训练集投入网络训练,训练后将测试集投入得出预测输出。训练和测试数据均存在同一个xlsx文件的同一个页面表格中。在main模块中实现绘制R2图来说明模型的拟合度,并且输出MAE、MSE、预测值和真实值之间的相对误差平均百分比,绘制各输入输出的拟合折线图,且R2图和折线图中使用的数据均为未变换数据。

时间: 2023-12-10 20:38:42 浏览: 35
好的,这里给出一个可能的代码实现,需要用到 pandas、numpy、sklearn、matplotlib 库: ```python import pandas as pd import numpy as np from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler from sklearn.metrics import r2_score, mean_absolute_error, mean_squared_error import matplotlib.pyplot as plt # Xavier初始化 def xavier_init(in_dim, out_dim): xavier_stddev = np.sqrt(2.0 / (in_dim + out_dim)) return np.random.normal(0, xavier_stddev, (in_dim, out_dim)) # 正则化方法 def l2_regularization(lamda, w1, w2): return lamda * (np.sum(w1 ** 2) + np.sum(w2 ** 2)) # sigmoid激活函数 def sigmoid(x): return 1 / (1 + np.exp(-x)) # BP网络类 class BPNet: def __init__(self, input_dim, hidden_dim, output_dim, lr, lamda): self.input_dim = input_dim self.hidden_dim = hidden_dim self.output_dim = output_dim self.lr = lr self.lamda = lamda self.w1 = xavier_init(self.input_dim, self.hidden_dim) self.b1 = np.zeros((1, self.hidden_dim)) self.w2 = xavier_init(self.hidden_dim, self.output_dim) self.b2 = np.zeros((1, self.output_dim)) # 前向传播 def forward(self, X): self.z1 = np.dot(X, self.w1) + self.b1 self.a1 = sigmoid(self.z1) self.z2 = np.dot(self.a1, self.w2) + self.b2 y_pred = self.z2 return y_pred # 反向传播 def backward(self, X, y_true, y_pred): delta2 = y_pred - y_true dw2 = np.dot(self.a1.T, delta2) db2 = np.sum(delta2, axis=0) delta1 = np.dot(delta2, self.w2.T) * self.a1 * (1 - self.a1) dw1 = np.dot(X.T, delta1) db1 = np.sum(delta1, axis=0) dw2 += self.lamda * self.w2 dw1 += self.lamda * self.w1 self.w2 -= self.lr * dw2 self.b2 -= self.lr * db2 self.w1 -= self.lr * dw1 self.b1 -= self.lr * db1 # 训练函数 def train(self, X_train, y_train, epochs): for i in range(epochs): y_pred = self.forward(X_train) loss = mean_squared_error(y_train, y_pred) + l2_regularization(self.lamda, self.w1, self.w2) self.backward(X_train, y_train, y_pred) if i % 100 == 0: print("Epoch:", i, "Loss:", loss) # 预测函数 def predict(self, X_test): y_pred = self.forward(X_test) return y_pred # 读取数据 data = pd.read_excel("data.xlsx", sheet_name="Sheet1") X = data.iloc[:, :8].values y = data.iloc[:, -1].values.reshape(-1, 1) # 数据归一化 scaler = MinMaxScaler() X = scaler.fit_transform(X) y = scaler.fit_transform(y) # 划分训练集和测试集 X_train, X_test = X[:100], X[100:] y_train, y_test = y[:100], y[100:] # 训练模型 bpnet = BPNet(input_dim=8, hidden_dim=5, output_dim=1, lr=0.1, lamda=0.01) bpnet.train(X_train, y_train, epochs=1000) # 预测并逆归一化 y_pred = bpnet.predict(X_test) y_test = scaler.inverse_transform(y_test) y_pred = scaler.inverse_transform(y_pred) # 计算误差指标 r2 = r2_score(y_test, y_pred) mae = mean_absolute_error(y_test, y_pred) mse = mean_squared_error(y_test, y_pred) error_pct = np.mean(np.abs(y_test - y_pred) / y_test) * 100 # 绘制R2图 plt.plot(y_test, y_test, "r--") plt.scatter(y_test, y_pred, alpha=0.5) plt.title(f"R2 Score: {r2:.4f}") plt.xlabel("True Value") plt.ylabel("Predicted Value") plt.show() # 绘制拟合折线图 inputs = ["Input 1", "Input 2", "Input 3", "Input 4", "Input 5", "Input 6", "Input 7", "Input 8"] fig, axs = plt.subplots(nrows=2, ncols=4, figsize=(16, 8)) for i, ax in enumerate(axs.flatten()): ax.plot(y_test[:, 0], label="True Value") ax.plot(y_pred[:, 0], label="Predicted Value") ax.set_xlabel(inputs[i]) ax.set_ylabel("Output") ax.legend() plt.tight_layout() plt.show() # 输出误差指标 print(f"MAE: {mae:.4f}") print(f"MSE: {mse:.4f}") print(f"Error Percentage: {error_pct:.2f}%") ``` 需要注意的是,这里使用了 MinMaxScaler 对输入和输出数据进行了归一化处理,因此在计算误差指标时需要将预测值和真实值逆归一化。同时,由于数据量较小,没有进行交叉验证等进一步的模型评估。

相关推荐

最新推荐

recommend-type

1xbet.apk

1xbet.apk
recommend-type

基于Matlab的BP神经网络的非线性系统建模-非线性函数拟合

【作品名称】:基于Matlab的BP神经网络的非线性系统建模-非线性函数拟合 【适用人群】:适用于希望学习不同技术领域的小白或进阶学习者。可作为毕设项目、课程设计、大作业、工程实训或初期项目立项。 【项目介绍】:基于Matlab的BP神经网络的非线性系统建模-非线性函数拟合
recommend-type

java等值面图片生成代码实现功能.zip

采用java引用geotools生成等值面,集成sld按照指定样式生成等值面图片
recommend-type

111.py

111.py
recommend-type

2247.瑞金北关杨氏族谱: 不分卷:[江西瑞金].pdf

2247.瑞金北关杨氏族谱: 不分卷:[江西瑞金]
recommend-type

中文翻译Introduction to Linear Algebra, 5th Edition 2.1节

中文翻译Introduction to Linear Algebra, 5th Edition 2.1节 线性代数的核心问题是求解方程组。这些方程都是线性的,即未知数仅与数相乘——我们绝不会 遇见 x 乘以 y。我们的第一个线性方程组较小。接下来你来看看它引申出多远: 两个方程 两个未知数 x − 2y = 1 3x + 2y = 11 (1) 我们一次从一个行开始。第一个方程 x − 2y = 1 得出了 xy 平面的一条直线。由于点 x = 1, y = 0 解 出该方程,因此它在这条直线上。因为 3 − 2 = 1,所以点 x = 3, y = 1 也在这条直线上。若我们选择 x = 101,那我们求出 y = 50。 这条特定直线的斜率是 12,是因为当 x 变化 2 时 y 增加 1。斜率在微积分中很重要,然而这是线 性代数! 图 2.1 将展示第一条直线 x − 2y = 1。此“行图”中的第二条直线来自第二个方程 3x + 2y = 11。你 不能错过两条线的交点 x = 3, y = 1。点 (3, 1) 位于两条线上并且解出两个方程。
recommend-type

管理建模和仿真的文件

管理Boualem Benatallah引用此版本:布阿利姆·贝纳塔拉。管理建模和仿真。约瑟夫-傅立叶大学-格勒诺布尔第一大学,1996年。法语。NNT:电话:00345357HAL ID:电话:00345357https://theses.hal.science/tel-003453572008年12月9日提交HAL是一个多学科的开放存取档案馆,用于存放和传播科学研究论文,无论它们是否被公开。论文可以来自法国或国外的教学和研究机构,也可以来自公共或私人研究中心。L’archive ouverte pluridisciplinaire
recommend-type

识别MATLAB微分方程求解中的混沌行为:分析非线性方程混沌行为的实用技巧

![matlab求解微分方程](https://img-blog.csdnimg.cn/2021062810300367.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTQ3OTY3OA==,size_16,color_FFFFFF,t_70) # 1. MATLAB微分方程求解概述 微分方程是描述物理、工程和金融等领域中动态系统的数学模型。MATLAB提供了强大的工具来求解微分方程,包括内置求解器和自定义函数
recommend-type

physon如何做ERP系统

作为一个AI语言模型,我可以给您提供一些基本的建议和思路: 1.明确需求和目标:在开始开发ERP系统之前,需要明确您的业务需求和目标,了解您的业务流程、流程数据、员工角色和权限、财务管理等方面的要求,这样才能更好的设计和开发ERP系统。 2.选择技术框架和开发工具:选择合适的技术框架和开发工具是ERP系统开发的关键。选择一种流行的技术框架和工具可以提高开发效率和质量。 3.设计数据库:ERP系统需要一个功能强大的数据库来存储数据。设计数据库需要考虑数据的完整性、安全性和可扩展性。 4.设计系统架构:系统架构是ERP系统的骨架,需要考虑系统的可扩展性、可维护性和性能。 5.开发和测试:
recommend-type

zigbee-cluster-library-specification

最新的zigbee-cluster-library-specification说明文档。