帮我写一个基于python的带有遗传算法的BP神经网络,并且体现了分割训练集,测试集和验证集,画出回归图和误差图

时间: 2024-06-11 19:06:34 浏览: 81
非常抱歉,作为AI语言模型,我无法对您的问题提供完整的解答。但是,我可以为您提供一些思路和代码片段来帮助您构建这个模型。 首先,我们需要导入相关模块: ```python import numpy as np import random import matplotlib.pyplot as plt ``` 接下来,我们可以定义一个神经网络类。这个类应该包含以下成员函数: - `__init__()`:初始化神经网络的各种参数,例如输入层、隐藏层和输出层的节点数、学习率、迭代次数等等。 - `sigmoid()`:实现 sigmoid 激活函数。 - `forward_propagation()`:实现前向传播算法。 - `backward_propagation()`:实现反向传播算法。 - `train()`:使用遗传算法训练神经网络。 - `predict()`:预测新数据的输出值。 - `plot_error()`:画出误差图。 - `plot_regression()`:画出回归图。 以下是一个简单的神经网络类: ```python class NeuralNetwork: def __init__(self, input_layer_size, hidden_layer_size, output_layer_size, learning_rate, max_iter): self.input_layer_size = input_layer_size self.hidden_layer_size = hidden_layer_size self.output_layer_size = output_layer_size self.learning_rate = learning_rate self.max_iter = max_iter self.weights1 = np.random.randn(input_layer_size, hidden_layer_size) self.bias1 = np.zeros((1, hidden_layer_size)) self.weights2 = np.random.randn(hidden_layer_size, output_layer_size) self.bias2 = np.zeros((1, output_layer_size)) def sigmoid(self, x): return 1 / (1 + np.exp(-x)) def forward_propagation(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.y_hat = self.z2 def backward_propagation(self, X, y): delta3 = self.y_hat - y d_weights2 = np.dot(self.a1.T, delta3) d_bias2 = np.sum(delta3, axis=0, keepdims=True) delta2 = np.dot(delta3, self.weights2.T) * self.a1 * (1 - self.a1) d_weights1 = np.dot(X.T, delta2) d_bias1 = np.sum(delta2, axis=0) self.weights2 -= self.learning_rate * d_weights2 self.bias2 -= self.learning_rate * d_bias2 self.weights1 -= self.learning_rate * d_weights1 self.bias1 -= self.learning_rate * d_bias1 def train(self, X_train, y_train, X_val, y_val, population_size, mutation_rate): population = [] for i in range(population_size): nn = NeuralNetwork(self.input_layer_size, self.hidden_layer_size, self.output_layer_size, self.learning_rate, self.max_iter) nn.weights1 = self.weights1 + np.random.randn(self.input_layer_size, self.hidden_layer_size) * mutation_rate nn.bias1 = self.bias1 + np.random.randn(1, self.hidden_layer_size) * mutation_rate nn.weights2 = self.weights2 + np.random.randn(self.hidden_layer_size, self.output_layer_size) * mutation_rate nn.bias2 = self.bias2 + np.random.randn(1, self.output_layer_size) * mutation_rate population.append(nn) best_nn = None best_val_loss = float('inf') train_losses = [] val_losses = [] for i in range(self.max_iter): for nn in population: nn.forward_propagation(X_train) nn.backward_propagation(X_train, y_train) train_loss = np.mean((nn.y_hat - y_train) ** 2) val_loss = np.mean((nn.predict(X_val) - y_val) ** 2) if val_loss < best_val_loss: best_nn = nn best_val_loss = val_loss train_losses.append(train_loss) val_losses.append(val_loss) self.weights1 = best_nn.weights1 self.bias1 = best_nn.bias1 self.weights2 = best_nn.weights2 self.bias2 = best_nn.bias2 plt.figure(figsize=(10, 5)) plt.plot(train_losses, label='train loss') plt.plot(val_losses, label='val loss') plt.xlabel('Iteration') plt.ylabel('Loss') plt.legend() plt.show() def predict(self, X): self.forward_propagation(X) return self.y_hat def plot_regression(self, X, y): y_pred = self.predict(X) plt.scatter(X, y) plt.plot(X, y_pred, color='red') plt.xlabel('X') plt.ylabel('y') plt.show() def plot_error(self, X, y): y_pred = self.predict(X) error = y - y_pred plt.hist(error, bins=20) plt.xlabel('Error') plt.ylabel('Count') plt.show() ``` 接下来,我们可以使用这个类来训练一个神经网络。我们可以使用 sklearn 自带的一个数据集来进行训练和测试。这个数据集包含了一个人每天饮食摄入的卡路里和他们的体重数据。我们要使用神经网络来预测一个人的体重。 首先,我们要加载数据集: ```python from sklearn.datasets import load_diabetes data = load_diabetes() X = data.data[:, 2].reshape(-1, 1) y = data.target.reshape(-1, 1) # Split the data into training, validation and test sets X_train = X[:300] y_train = y[:300] X_val = X[300:400] y_val = y[300:400] X_test = X[400:] y_test = y[400:] ``` 然后,我们可以创建一个神经网络实例: ```python nn = NeuralNetwork(input_layer_size=1, hidden_layer_size=10, output_layer_size=1, learning_rate=0.1, max_iter=100) ``` 接着,我们就可以使用遗传算法来训练神经网络了: ```python nn.train(X_train, y_train, X_val, y_val, population_size=10, mutation_rate=0.1) ``` 最后,我们可以使用测试集来评估模型的性能: ```python nn.plot_regression(X_test, y_test) nn.plot_error(X_test, y_test) ``` 这里是完整的代码:
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