BP防止过拟合正则化代码Jupyter

时间: 2023-09-02 15:10:05 浏览: 49
以下是一个简单的使用L2正则化防止过拟合的BP神经网络的代码示例,可以在Jupyter Notebook中运行: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 定义激活函数 def sigmoid(x): return 1 / (1 + np.exp(-x)) # 定义L2正则化损失函数 def compute_cost(AL, Y, parameters, lambd): m = Y.shape[1] L = len(parameters) // 2 cross_entropy_cost = -np.sum(Y*np.log(AL) + (1-Y)*np.log(1-AL)) / m L2_regularization_cost = 0 for l in range(1, L+1): L2_regularization_cost += np.sum(np.square(parameters['W'+str(l)])) L2_regularization_cost *= lambd / (2*m) cost = cross_entropy_cost + L2_regularization_cost return cost # 定义反向传播函数 def backward_propagation(parameters, cache, X, Y, lambd): m = X.shape[1] L = len(parameters) // 2 dZ = cache['A'+str(L)] - Y grads = {} for l in reversed(range(1, L+1)): grads['dW'+str(l)] = np.dot(dZ, cache['A'+str(l-1)].T) / m + lambd/m*parameters['W'+str(l)] grads['db'+str(l)] = np.sum(dZ, axis=1, keepdims=True) / m if l > 1: dA_prev = np.dot(parameters['W'+str(l)].T, dZ) dZ = dA_prev * cache['A'+str(l-1)] * (1 - cache['A'+str(l-1)]) return grads # 定义训练函数 def train(X, Y, layer_dims, learning_rate, num_iterations, lambd): np.random.seed(1) costs = [] parameters = {} L = len(layer_dims) - 1 for l in range(1, L+1): parameters['W'+str(l)] = np.random.randn(layer_dims[l], layer_dims[l-1]) / np.sqrt(layer_dims[l-1]) parameters['b'+str(l)] = np.zeros((layer_dims[l], 1)) for i in range(num_iterations): AL, cache = forward_propagation(X, parameters) cost = compute_cost(AL, Y, parameters, lambd) grads = backward_propagation(parameters, cache, X, Y, lambd) for l in range(1, L+1): parameters['W'+str(l)] -= learning_rate * grads['dW'+str(l)] parameters['b'+str(l)] -= learning_rate * grads['db'+str(l)] if i % 100 == 0: print("Cost after iteration {}: {:.6f}".format(i, cost)) if i % 10 == 0: costs.append(cost) plt.plot(np.squeeze(costs)) plt.ylabel('cost') plt.xlabel('iterations (per tens)') plt.title("Learning rate =" + str(learning_rate)) plt.show() return parameters # 定义预测函数 def predict(X, parameters): AL, cache = forward_propagation(X, parameters) predictions = (AL > 0.5) return predictions # 定义前向传播函数 def forward_propagation(X, parameters): cache = {} A = X L = len(parameters) // 2 for l in range(1, L): Z = np.dot(parameters['W'+str(l)], A) + parameters['b'+str(l)] A = sigmoid(Z) cache['Z'+str(l)] = Z cache['A'+str(l)] = A ZL = np.dot(parameters['W'+str(L)], A) + parameters['b'+str(L)] AL = sigmoid(ZL) cache['Z'+str(L)] = ZL cache['A'+str(L)] = AL return AL, cache ``` 使用示例: ```python # 生成随机训练数据 m = 1000 X = np.random.randn(2, m) Y = np.zeros((1, m)) Y[(X[0,:]**2 + X[1,:]**2) < 1] = 1 # 训练模型 parameters = train(X, Y, [2, 10, 5, 1], 0.05, 2000, 0.01) # 预测结果 predictions = predict(X, parameters) # 绘制决策边界 x_min, x_max = X[0,:].min() - 0.1, X[0,:].max() + 0.1 y_min, y_max = X[1,:].min() - 0.1, X[1,:].max() + 0.1 xx, yy = np.meshgrid(np.linspace(x_min, x_max, 500), np.linspace(y_min, y_max, 500)) Z = predict(np.c_[xx.ravel(), yy.ravel()].T, parameters) Z = Z.reshape(xx.shape) plt.contourf(xx, yy, Z, cmap=plt.cm.Spectral) plt.scatter(X[0,:], X[1,:], c=Y, cmap=plt.cm.Spectral) plt.show() ``` 这里使用了一个简单的二分类问题进行演示,你可以根据自己的需求修改数据和神经网络结构。在训练函数中,我们将L2正则化系数作为一个额外的参数传递。在反向传播函数中,我们在计算权重梯度时加入了正则化项。在计算损失函数时,我们首先计算交叉熵损失,然后再加上L2正则化损失。

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