用pyhton写一个遗传算法优化的多层感知机网络做回归预测

时间: 2024-05-04 14:17:17 浏览: 16
好的,下面是一个基于Python和PyTorch框架实现的遗传算法优化的多层感知机网络做回归预测的示例代码: ``` python import torch import torch.nn as nn import numpy as np import random # 定义多层感知机神经网络 class MLP(nn.Module): def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size): super(MLP, self).__init__() self.fc1 = nn.Linear(input_size, hidden_size) self.relu = nn.ReLU() self.fc2 = nn.Linear(hidden_size, output_size) def forward(self, x): out = self.fc1(x) out = self.relu(out) out = self.fc2(out) return out # 定义遗传算法优化器 class GA_optimizer(): def __init__(self, pop_size, gene_length, mutation_rate, cross_rate): self.pop_size = pop_size self.gene_length = gene_length self.mutation_rate = mutation_rate self.cross_rate = cross_rate self.pop = np.zeros((self.pop_size, self.gene_length)) self.fitness = np.zeros((self.pop_size, 1)) self.best_fitness = 0.0 self.best_gene = np.zeros((self.gene_length,)) # 初始化种群 def init_pop(self): for i in range(self.pop_size): self.pop[i] = np.random.uniform(-1, 1, self.gene_length) # 计算适应度 def calc_fitness(self, model, x, y): total_loss = 0.0 for i in range(x.shape[0]): input_data = torch.tensor(x[i], dtype=torch.float32) target_data = torch.tensor(y[i], dtype=torch.float32) output = model(input_data) loss = torch.mean((output - target_data) ** 2) total_loss += loss.item() self.fitness = 1.0 / (total_loss + 1e-6) if self.fitness > self.best_fitness: self.best_fitness = self.fitness self.best_gene = self.pop[np.argmax(self.fitness)] # 交叉运算 def crossover(self, parent1, parent2): child = np.zeros((self.gene_length,)) cross_point = np.random.randint(self.gene_length) child[:cross_point] = parent1[:cross_point] child[cross_point:] = parent2[cross_point:] return child # 变异运算 def mutation(self, gene): for i in range(self.gene_length): if random.random() < self.mutation_rate: gene[i] = random.uniform(-1, 1) return gene # 更新种群 def evolve(self): new_pop = np.zeros((self.pop_size, self.gene_length)) for i in range(self.pop_size): parent1 = self.pop[self.select()] parent2 = self.pop[self.select()] child = self.crossover(parent1, parent2) child = self.mutation(child) new_pop[i] = child self.pop = new_pop # 选择操作 def select(self): total_fitness = np.sum(self.fitness) rand = random.uniform(0, total_fitness) index = 0 while rand > 0: rand -= self.fitness[index] index += 1 index -= 1 return index # 定义数据集 x_train = np.random.uniform(-1, 1, (1000, 10)) y_train = np.sum(x_train, axis=1) # 定义超参数 input_size = 10 hidden_size = 20 output_size = 1 pop_size = 100 gene_length = (input_size * hidden_size) + (hidden_size * output_size) mutation_rate = 0.01 cross_rate = 0.7 epochs = 100 # 初始化神经网络和遗传算法优化器 model = MLP(input_size, hidden_size, output_size) optimizer = GA_optimizer(pop_size, gene_length, mutation_rate, cross_rate) # 初始化种群并计算适应度 optimizer.init_pop() optimizer.calc_fitness(model, x_train, y_train) # 迭代训练 for epoch in range(epochs): optimizer.evolve() optimizer.calc_fitness(model, x_train, y_train) # 显示每轮迭代的结果 print("epoch: %d, best_fitness: %f" % (epoch, optimizer.best_fitness)) # 使用遗传算法优化得到的最优个体更新神经网络参数 model.fc1.weight.data = torch.tensor(optimizer.best_gene[:input_size*hidden_size].reshape(hidden_size, input_size), dtype=torch.float32) model.fc1.bias.data = torch.tensor(optimizer.best_gene[input_size*hidden_size:(input_size*hidden_size)+hidden_size], dtype=torch.float32) model.fc2.weight.data = torch.tensor(optimizer.best_gene[(input_size*hidden_size)+hidden_size:(input_size*hidden_size)+hidden_size+hidden_size*output_size].reshape(output_size, hidden_size), dtype=torch.float32) model.fc2.bias.data = torch.tensor(optimizer.best_gene[(input_size*hidden_size)+hidden_size+hidden_size*output_size:], dtype=torch.float32) # 测试模型 x_test = np.random.uniform(-1, 1, (10, 10)) y_test = np.sum(x_test, axis=1) for i in range(x_test.shape[0]): input_data = torch.tensor(x_test[i], dtype=torch.float32) target_data = torch.tensor(y_test[i], dtype=torch.float32) output = model(input_data) print("input: ", input_data) print("output: ", output) print("target: ", target_data) ``` 在这个示例中,我们定义了一个包含一个输入层、一个隐藏层和一个输出层的多层感知机神经网络,并使用遗传算法优化器来搜索最优的神经网络参数。具体来说,我们使用遗传算法生成一个由多个个体(即一组神经网络参数)组成的种群,并计算每个个体的适应度(即神经网络在训练集上的拟合程度),然后使用交叉和变异运算来产生新的个体,并使用选择操作来选取最优的个体进行下一轮迭代。在迭代训练的过程中,我们不断更新遗传算法优化器中的种群和适应度,直到达到预设的迭代次数为止。最后,我们使用遗传算法优化得到的最优个体来更新神经网络参数,并测试模型的预测性能。

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