遗传算法优化bp神经网络代码

时间: 2023-08-23 13:04:41 浏览: 123
遗传算法可以用来优化BP神经网络的参数,例如权重和偏置。下面是一个简单的遗传算法优化BP神经网络的代码示例: ```python import numpy as np from sklearn.datasets import load_iris from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.preprocessing import StandardScaler # 加载数据集并进行预处理 iris = load_iris() X = iris.data y = iris.target scaler = StandardScaler() X = scaler.fit_transform(X) y = y.reshape(-1, 1) # 定义神经网络类 class NeuralNetwork: def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size): self.input_size = input_size self.hidden_size = hidden_size self.output_size = output_size self.W1 = np.random.randn(input_size, hidden_size) self.b1 = np.random.randn(hidden_size) self.W2 = np.random.randn(hidden_size, output_size) self.b2 = np.random.randn(output_size) def forward(self, X): self.z1 = np.dot(X, self.W1) + self.b1 self.a1 = np.tanh(self.z1) self.z2 = np.dot(self.a1, self.W2) + self.b2 self.y_hat = np.exp(self.z2) / np.sum(np.exp(self.z2), axis=1, keepdims=True) def compute_loss(self, y): loss = -np.sum(y * np.log(self.y_hat)) return loss def predict(self, X): self.forward(X) return np.argmax(self.y_hat, axis=1) # 定义遗传算法类 class GeneticAlgorithm: def __init__(self, population_size, mutation_rate): self.population_size = population_size self.mutation_rate = mutation_rate def init_population(self, input_size, hidden_size, output_size): population = [] for i in range(self.population_size): nn = NeuralNetwork(input_size, hidden_size, output_size) parameters = [nn.W1.flatten(), nn.b1, nn.W2.flatten(), nn.b2] population.append(parameters) return population def fitness(self, nn, X, y): nn.forward(X) loss = nn.compute_loss(y) return 1 / (1 + loss) def select_parents(self, population, fitness_scores): parents = [] for i in range(2): idx = np.random.choice(len(population), size=5, replace=False) parent_idx = idx[np.argmax(fitness_scores[idx])] parents.append(population[parent_idx]) return parents def crossover(self, parent1, parent2): child = [] for i in range(len(parent1)): if np.random.rand() > 0.5: child.append(parent1[i]) else: child.append(parent2[i]) return child def mutate(self, child): for i in range(len(child)): if np.random.rand() < self.mutation_rate: if type(child[i]) == np.ndarray: child[i] += np.random.randn(*child[i].shape) * 0.1 else: child[i] += np.random.randn() * 0.1 return child def evolve(self, population, fitness_scores, X, y): new_population = [] for i in range(self.population_size): parent1 = self.select_parents(population, fitness_scores) parent2 = self.select_parents(population, fitness_scores) child = self.crossover(parent1, parent2) child = self.mutate(child) nn = NeuralNetwork(X.shape[1], 5, y.shape[1]) nn.W1 = child[0].reshape(nn.W1.shape) nn.b1 = child[1] nn.W2 = child[2].reshape(nn.W2.shape) nn.b2 = child[3] fitness = self.fitness(nn, X, y) new_population.append(child) fitness_scores[i] = fitness return new_population, fitness_scores # 初始化遗传算法 ga = GeneticAlgorithm(20, 0.2) population = ga.init_population(X.shape[1], 5, y.shape[1]) # 训练神经网络 for i in range(50): fitness_scores = np.zeros(len(population)) for j in range(len(population)): nn = NeuralNetwork(X.shape[1], 5, y.shape[1]) nn.W1 = population[j][0].reshape(nn.W1.shape) nn.b1 = population[j][1] nn.W2 = population[j][2].reshape(nn.W2.shape) nn.b2 = population[j][3] fitness = ga.fitness(nn, X, y) fitness_scores[j] = fitness population, fitness_scores = ga.evolve(population, fitness_scores, X, y) # 测试神经网络 X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2) nn = NeuralNetwork(X.shape[1], 5, y.shape[1]) nn.W1 = population[0][0].reshape(nn.W1.shape) nn.b1 = population[0][1] nn.W2 = population[0][2].reshape(nn.W2.shape) nn.b2 = population[0][3] y_pred = nn.predict(X_test) accuracy = np.mean(y_pred == y_test.flatten()) print(f'Accuracy: {accuracy:.2f}') ``` 在这个示例中,我们首先定义了一个简单的BP神经网络类`NeuralNetwork`,它包括一个输入层,一个隐藏层和一个输出层。然后,我们定义了一个遗传算法类`GeneticAlgorithm`,它包括了一个初始化种群的方法`init_population`,一个计算适应度的方法`fitness`,一个选择父代的方法`select_parents`,一个交叉的方法`crossover`,一个变异的方法`mutate`,以及一个进化的方法`evolve`。最后,我们使用遗传算法优化BP神经网络的参数,并在测试集上进行评估。 需要注意的是,这个示例代码只是一个简单的演示,实际上应该根据具体问题进行调整和优化。
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