c++以一个有输入层点数为3,第一个隐藏层点数为3,第二个隐藏层点数为2,输入层点数为3的bp神经网络为例,讲解bp算法,以代码为例进行讲解
时间: 2024-05-30 08:13:17 浏览: 9
好的,我会根据你的要求进行回答。
BP算法(Back Propagation Algorithm)是一种常见的神经网络训练算法,用于计算误差并且更新权重,使得神经网络能够更好地预测结果。下面以一个输入层点数为3,第一个隐藏层点数为3,第二个隐藏层点数为2,输出层点数为1的BP神经网络为例,讲解BP算法。
首先,定义一些变量。输入样本为x,对应的输出为y,第一层到第二层的权重为w1,第二层到第三层的权重为w2,第二层到输出层的权重为w3。每一层的偏置均为b,学习率为η,误差为E。
在BP算法中,首先需要向前传播计算预测值并计算误差。假设当前的输入样本为x,对应的输出是y,那么:
1.计算第一层的输出:
h1 = f(w1 * x + b1)
其中f是激活函数,常用的有Sigmoid、ReLU、Tanh等,这里以Sigmoid函数为例:
f(x) = 1 / (1 + exp(-x))
2.计算第二层的输出:
h2 = f(w2 * h1 + b2)
3.计算输出层的预测值:
y_pred = f(w3 * h2 + b3)
4.计算误差:
E = (y_pred - y) ^ 2
然后,需要进行反向传播来更新权重和偏置。从输出层开始,计算每一层的误差项:
1.输出层的误差项:
δ3 = (y_pred - y) * f'(w3 * h2 + b3)
其中f'是激活函数的导数,对于Sigmoid函数:
f'(x) = f(x) * (1 - f(x))
2.第二层的误差项:
δ2 = f'(w2 * h1 + b2) * WT * δ3
其中WT是w3的转置。
3.第一层的误差项:
δ1 = f'(w1 * x + b1) * WT * δ2
然后,根据误差项计算每一层的梯度并且更新权重和偏置。以输出层到第二层的权重为例:
1.输出层到第二层的权重梯度:
grad_w3 = δ3 * h2
2.输出层到第二层的偏置梯度:
grad_b3 = δ3
3.第二层到第一层的权重梯度:
grad_w2 = δ2 * h1
4.第二层到第一层的偏置梯度:
grad_b2 = δ2
5.第一层到输入层的权重梯度:
grad_w1 = δ1 * x
6.第一层到输入层的偏置梯度:
grad_b1 = δ1
最后,根据梯度和学习率来更新权重和偏置:
1.更新输出层到第二层的权重和偏置:
w3 -= η * grad_w3
b3 -= η * grad_b3
2.更新第二层到第一层的权重和偏置:
w2 -= η * grad_w2
b2 -= η * grad_b2
3.更新第一层到输入层的权重和偏置:
w1 -= η * grad_w1
b1 -= η * grad_b1
以上就是BP算法的完整过程。具体实现可以参考下面的Python代码:
import numpy as np
# 定义输入样本和对应的输出
X = np.array([[0, 0, 1],
[0, 1, 1],
[1, 0, 1],
[1, 1, 1]])
y = np.array([[0],
[1],
[1],
[0]])
# 定义权重和偏置
w1 = np.random.randn(3, 3)
w2 = np.random.randn(3, 2)
w3 = np.random.randn(2, 1)
b1 = np.zeros((1, 3))
b2 = np.zeros((1, 2))
b3 = np.zeros((1, 1))
# 定义学习率和迭代次数
eta = 0.1
epochs = 10000
# 定义Sigmoid函数
def sigmoid(x):
return 1 / (1 + np.exp(-x))
# 训练过程
for i in range(epochs):
# 前向传播计算预测值和误差
h1 = sigmoid(np.dot(X, w1) + b1)
h2 = sigmoid(np.dot(h1, w2) + b2)
y_pred = sigmoid(np.dot(h2, w3) + b3)
E = (y_pred - y) ** 2 / 2
# 反向传播计算误差项和梯度
delta3 = (y_pred - y) * sigmoid(np.dot(h2, w3) + b3) * (1 - sigmoid(np.dot(h2, w3) + b3))
delta2 = np.dot(delta3, w3.T) * sigmoid(np.dot(h1, w2) + b2) * (1 - sigmoid(np.dot(h1, w2) + b2))
delta1 = np.dot(delta2, w2.T) * sigmoid(np.dot(X, w1) + b1) * (1 - sigmoid(np.dot(X, w1) + b1))
grad_w3 = np.dot(h2.T, delta3)
grad_b3 = np.sum(delta3)
grad_w2 = np.dot(h1.T, delta2)
grad_b2 = np.sum(delta2)
grad_w1 = np.dot(X.T, delta1)
grad_b1 = np.sum(delta1)
# 更新权重和偏置
w3 -= eta * grad_w3
b3 -= eta * grad_b3
w2 -= eta * grad_w2
b2 -= eta * grad_b2
w1 -= eta * grad_w1
b1 -= eta * grad_b1
# 打印损失函数
if i % 1000 == 0:
print("Iteration: %d; Loss: %f" % (i, np.mean(E)))
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