误差反向传播法的实现 输出使用后4000个样本训练得到模型在测试集上的结果,参数设置为:batch:300;iters_num:2000;lambda:0.1

时间: 2023-11-28 19:47:18 浏览: 34
误差反向传播法(Backpropagation)是一种常用的神经网络训练方法,它通过计算神经网络输出与真实标签之间的误差,然后根据误差大小来更新神经网络中的参数。 具体实现步骤如下: 1. 初始化神经网络参数,包括权重和偏置。 2. 从训练数据中随机选择一批样本(batch),将这些样本输入神经网络,计算输出结果。 3. 计算输出结果与真实标签之间的误差,使用误差函数(如均方误差)来衡量误差大小。 4. 根据误差大小来计算梯度,即误差对于每个参数的偏导数。 5. 使用梯度下降法来更新神经网络中的参数,即将每个参数的值减去对应的学习率乘以梯度。 6. 重复步骤2-5,直到达到指定的迭代次数(iters_num)或误差达到指定的阈值。 代码实现如下: ``` import numpy as np def sigmoid(x): return 1 / (1 + np.exp(-x)) def sigmoid_grad(x): return (1 - sigmoid(x)) * sigmoid(x) class TwoLayerNet: def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size): self.params = {} self.params['W1'] = 0.01 * np.random.randn(input_size, hidden_size) self.params['b1'] = np.zeros(hidden_size) self.params['W2'] = 0.01 * np.random.randn(hidden_size, output_size) self.params['b2'] = np.zeros(output_size) def predict(self, x): W1, b1, W2, b2 = self.params['W1'], self.params['b1'], self.params['W2'], self.params['b2'] z1 = np.dot(x, W1) + b1 a1 = sigmoid(z1) z2 = np.dot(a1, W2) + b2 y = z2 return y def loss(self, x, t): y = self.predict(x) loss = np.mean((y - t) ** 2) + 0.5 * lambda_reg * (np.sum(self.params['W1'] ** 2) + np.sum(self.params['W2'] ** 2)) return loss def accuracy(self, x, t): y = self.predict(x) accuracy = np.mean((y > 0.5) == (t == 1)) * 100 return accuracy def numerical_gradient(self, x, t): h = 1e-4 grads = {} for param_name in self.params: param = self.params[param_name] grad = np.zeros_like(param) for i in range(param.shape[0]): for j in range(param.shape[1]): tmp_val = param[i,j] param[i,j] = tmp_val + h f1 = self.loss(x, t) param[i,j] = tmp_val - h f2 = self.loss(x, t) grad[i,j] = (f1 - f2) / (2 * h) param[i,j] = tmp_val grads[param_name] = grad return grads def gradient(self, x, t): W1, b1, W2, b2 = self.params['W1'], self.params['b1'], self.params['W2'], self.params['b2'] grads = {} batch_num = x.shape[0] # forward z1 = np.dot(x, W1) + b1 a1 = sigmoid(z1) z2 = np.dot(a1, W2) + b2 y = z2 # backward delta2 = y - t grads['W2'] = np.dot(a1.T, delta2) grads['b2'] = np.sum(delta2, axis=0) delta1 = np.dot(delta2, W2.T) * sigmoid_grad(z1) grads['W1'] = np.dot(x.T, delta1) grads['b1'] = np.sum(delta1, axis=0) # add regularization grads['W2'] += lambda_reg * W2 grads['W1'] += lambda_reg * W1 return grads def fit(self, x_train, y_train, x_test, y_test, batch_size=100, epochs=10, learning_rate=0.1, lambda_reg=0.1): self.lambda_reg = lambda_reg train_loss_list = [] train_acc_list = [] test_acc_list = [] train_size = x_train.shape[0] iter_per_epoch = max(train_size / batch_size, 1) for epoch in range(epochs): perm = np.random.permutation(train_size) for i in range(0, train_size, batch_size): x_batch = x_train[perm[i:i+batch_size]] y_batch = y_train[perm[i:i+batch_size]] grads = self.gradient(x_batch, y_batch) for param_name in self.params: self.params[param_name] -= learning_rate * grads[param_name] train_loss = self.loss(x_train, y_train) train_loss_list.append(train_loss) train_acc = self.accuracy(x_train, y_train) train_acc_list.append(train_acc) test_acc = self.accuracy(x_test, y_test) test_acc_list.append(test_acc) print("epoch: %d, train_loss: %f, train_acc: %f, test_acc: %f" % (epoch+1, train_loss, train_acc, test_acc)) return train_loss_list, train_acc_list, test_acc_list # 读取数据 x_train = np.load('x_train.npy') y_train = np.load('y_train.npy') x_test = np.load('x_test.npy') y_test = np.load('y_test.npy') # 构建神经网络模型 input_size = x_train.shape[1] hidden_size = 100 output_size = 1 net = TwoLayerNet(input_size, hidden_size, output_size) # 训练神经网络模型 batch_size = 300 iters_num = 2000 lambda_reg = 0.1 train_loss_list, train_acc_list, test_acc_list = net.fit(x_train, y_train, x_test, y_test, batch_size, iters_num, lambda_reg) # 输出测试集结果 test_acc = net.accuracy(x_test, y_test) print("Test accuracy: %f" % test_acc) ``` 在输出后4000个样本训练得到模型在测试集上的结果时,我们只需要将训练集中的前4000个样本用来训练模型,然后再使用测试集来测试模型的准确率即可。具体代码如下: ``` # 取出训练集中的前4000个样本 x_train = x_train[:4000] y_train = y_train[:4000] # 训练神经网络模型 batch_size = 300 iters_num = 2000 lambda_reg = 0.1 train_loss_list, train_acc_list, test_acc_list = net.fit(x_train, y_train, x_test, y_test, batch_size, iters_num, lambda_reg) # 输出测试集结果 test_acc = net.accuracy(x_test, y_test) print("Test accuracy: %f" % test_acc) ```

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