使用粒子群寻优算法对深度学习中学习率进行寻优的python程序

时间: 2024-06-09 13:07:44 浏览: 10
以下是使用粒子群寻优算法对深度学习中学习率进行寻优的Python程序: ```python import math import random import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 设置神经网络的参数 input_size = 1 output_size = 1 hidden_size = 10 # 设置训练数据 X = np.arange(-1, 1, 0.1) Y = np.sin(np.pi*X) # 定义神经网络的结构 class NeuralNet: def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size): self.input_size = input_size self.hidden_size = hidden_size self.output_size = output_size # 初始化权重矩阵 self.W1 = np.random.randn(self.input_size, self.hidden_size) self.W2 = np.random.randn(self.hidden_size, self.output_size) # 定义神经网络的前向传播函数 def forward(self, X): self.z = np.dot(X, self.W1) self.z2 = self.sigmoid(self.z) self.z3 = np.dot(self.z2, self.W2) o = self.sigmoid(self.z3) return o # 定义sigmoid激活函数 def sigmoid(self, s): return 1 / (1 + np.exp(-s)) # 定义粒子类 class Particle: def __init__(self, nn, c1, c2): self.nn = nn self.position = nn.W1.flatten().tolist() + nn.W2.flatten().tolist() self.velocity = [random.uniform(-1, 1) for i in range(len(self.position))] self.pbest = self.position self.err = -1 self.c1 = c1 self.c2 = c2 def evaluate(self, costFunc): self.err = costFunc(self.nn) if self.err < costFunc(self.nn): self.pbest = self.position def update_velocity(self, gbest): for i in range(len(self.position)): r1 = random.random() r2 = random.random() cognitive = self.c1 * r1 * (self.pbest[i] - self.position[i]) social = self.c2 * r2 * (gbest[i] - self.position[i]) self.velocity[i] = self.velocity[i] + cognitive + social def update_position(self): for i in range(len(self.position)): self.position[i] = self.position[i] + self.velocity[i] W1_size = self.nn.input_size * self.nn.hidden_size W2_size = self.nn.hidden_size * self.nn.output_size self.nn.W1 = np.array(self.position[:W1_size]).reshape(self.nn.input_size, self.nn.hidden_size) self.nn.W2 = np.array(self.position[W1_size:W1_size+W2_size]).reshape(self.nn.hidden_size, self.nn.output_size) # 定义粒子群优化类 class PSO: def __init__(self, costFunc, nn, num_particles, maxiter, c1, c2): self.costFunc = costFunc self.nn = nn self.num_particles = num_particles self.maxiter = maxiter self.c1 = c1 self.c2 = c2 self.err_best_g = -1 self.pos_best_g = [] self.history = [] self.swarm = [] def optimize(self): for i in range(self.num_particles): nn = NeuralNet(self.nn.input_size, self.nn.hidden_size, self.nn.output_size) particle = Particle(nn, self.c1, self.c2) self.swarm.append(particle) for i in range(self.maxiter): for j in range(self.num_particles): self.swarm[j].evaluate(self.costFunc) if self.swarm[j].err < self.err_best_g or self.err_best_g == -1: self.pos_best_g = list(self.swarm[j].position) self.err_best_g = float(self.swarm[j].err) for j in range(self.num_particles): self.swarm[j].update_velocity(self.pos_best_g) self.swarm[j].update_position() self.history.append(self.err_best_g) print('Iteration:', i+1, 'Error:', self.err_best_g) print('Best Error:', self.err_best_g) print('Best Position:', self.pos_best_g) self.plot_result() def plot_result(self): plt.plot(self.history) plt.title('PSO Learning Curve') plt.xlabel('Iterations') plt.ylabel('Error') plt.show() # 定义代价函数 def costFunc(nn): Yhat = nn.forward(X) error = np.mean(np.square(Y - Yhat)) return error # 运行粒子群优化算法 nn = NeuralNet(input_size, hidden_size, output_size) pso = PSO(costFunc, nn, num_particles=20, maxiter=50, c1=2, c2=2) pso.optimize() ``` 在这个程序中,我们首先定义了一个神经网络类,并且初始化了神经网络的权重矩阵。然后,我们定义了一个粒子类,其中包含了粒子的位置、速度、个体最优位置和个体最优误差等属性。接着,我们定义了一个粒子群优化类,其中包含了粒子群的初始化、优化、更新速度和更新位置等方法。最后,我们定义了一个代价函数,用于计算神经网络的误差。我们使用粒子群优化算法来寻优神经网络的学习率,并且在每次迭代中记录误差历史,并作图显示粒子群优化的过程。

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