用Python实现神经网络前向传播与反向传播方法,以及神经网络的训练方法,并通过鸢尾花数据集中鸢尾花的4种属性与种类对神经网络模型进行训练。我们会调用你训练好的神经网络模型,来对未知的鸢尾花进行分类。
时间: 2023-06-20 16:09:03 浏览: 176
好的,我来介绍一下神经网络的实现过程。
神经网络的前向传播过程就是把输入数据通过网络中的各个神经元,最终得到输出值的过程。反向传播是指通过计算输出值与真实值之间的误差,将误差反向传播回神经网络,以更新网络中的权重和偏差,使得下一次输入时输出更加接近真实值。
下面是一个简单的三层神经网络的实现代码:
```python
import numpy as np
class NeuralNetwork:
def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size, learning_rate):
self.input_size = input_size
self.hidden_size = hidden_size
self.output_size = output_size
self.learning_rate = learning_rate
# 初始化权重和偏差
self.weights1 = np.random.randn(self.input_size, self.hidden_size)
self.bias1 = np.zeros((1, self.hidden_size))
self.weights2 = np.random.randn(self.hidden_size, self.output_size)
self.bias2 = np.zeros((1, self.output_size))
def sigmoid(self, z):
return 1 / (1 + np.exp(-z))
def forward(self, X):
# 前向传播
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 sigmoid_derivative(self, z):
return self.sigmoid(z) * (1 - self.sigmoid(z))
def backward(self, X, y, output):
# 反向传播
self.error = output - y
self.delta2 = self.error * self.sigmoid_derivative(self.z2)
self.delta1 = np.dot(self.delta2, self.weights2.T) * self.sigmoid_derivative(self.z1)
self.weights2 -= self.learning_rate * np.dot(self.a1.T, self.delta2)
self.bias2 -= self.learning_rate * np.sum(self.delta2, axis=0, keepdims=True)
self.weights1 -= self.learning_rate * np.dot(X.T, self.delta1)
self.bias1 -= self.learning_rate * np.sum(self.delta1, axis=0)
def train(self, X, y):
output = self.forward(X)
self.backward(X, y, output)
# 加载数据集
from sklearn.datasets import load_iris
iris = load_iris()
X = iris.data
y = iris.target
# 将标签转化为独热编码形式
from keras.utils import to_categorical
y = to_categorical(y)
# 初始化神经网络
nn = NeuralNetwork(input_size=4, hidden_size=5, output_size=3, learning_rate=0.1)
# 开始训练
for i in range(10000):
nn.train(X, y)
# 对未知的鸢尾花进行分类
X_test = np.array([[5.1, 3.5, 1.4, 0.2]])
output = nn.forward(X_test)
print(np.argmax(output))
```
在代码中,首先加载了鸢尾花数据集,并将标签转化为独热编码形式。然后定义了一个三层神经网络类,其中包括了前向传播、反向传播和训练的方法。接着,初始化了一个神经网络对象并开始训练。最后,对未知的鸢尾花进行分类并输出分类结果。
需要注意的是,神经网络的训练时间较长,需要根据实际情况进行调整。此外,对于不同的数据集和问题,需要调整神经网络的结构和参数,以达到更好的性能。
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