python灰狼算法优化小波神经网络程序

时间: 2023-07-28 15:10:04 浏览: 47
以下是使用灰狼算法优化小波神经网络的 Python 代码,其中包含了灰狼算法的实现和小波神经网络的训练过程: ```python import numpy as np import pywt from sklearn.preprocessing import StandardScaler class WaveletNeuralNetwork: def __init__(self, hidden_layer_sizes=(10,), activation_func='tanh', wavelet='db4', max_iter=100, wolf_num=10, a=2): self.hidden_layer_sizes = hidden_layer_sizes self.activation_func = activation_func self.wavelet = wavelet self.max_iter = max_iter self.wolf_num = wolf_num self.a = a self.scaler = StandardScaler() def fit(self, X, y): X = self.scaler.fit_transform(X) n_features = X.shape[1] n_classes = np.unique(y).shape[0] self.weights = self._initialize_weights(n_features, n_classes) self.alpha = self._initialize_alpha() self.beta = self._initialize_beta() self.delta = self._initialize_delta() self.loss_curve_ = [] for i in range(self.max_iter): wolves = self._init_wolves(X) fitness = self._fitness(wolves, X, y) alpha_wolf, beta_wolf, delta_wolf = self._get_leader_wolves(wolves, fitness) a = 2 - 2 * i / (self.max_iter - 1) c = 2 * np.random.rand(self.wolf_num, n_features) - 1 for j in range(self.wolf_num): D_alpha = np.abs(self.weights - alpha_wolf[j, :]) D_beta = np.abs(self.weights - beta_wolf[j, :]) D_delta = np.abs(self.weights - delta_wolf[j, :]) A1 = 2 * self.a * np.random.rand(n_features) - self.a C1 = 2 * np.random.rand(n_features) A2 = 2 * self.a * np.random.rand(n_features) - self.a C2 = 2 * np.random.rand(n_features) A3 = 2 * self.a * np.random.rand(n_features) - self.a C3 = 2 * np.random.rand(n_features) X1 = alpha_wolf[j, :] - A1 * D_alpha X2 = beta_wolf[j, :] - A2 * D_beta X3 = delta_wolf[j, :] - A3 * D_delta new_weights = (self.weights + c[j, :] * (X1 + X2 + X3)) / 3.0 self.weights = self.scaler.fit_transform(new_weights) self.loss_curve_.append(self._compute_loss(X, y)) def predict(self, X): X = self.scaler.transform(X) activations = self._feedforward(X) return np.argmax(activations[-1], axis=1) def _initialize_weights(self, n_features, n_classes): sizes = [n_features] + list(self.hidden_layer_sizes) + [n_classes] weights = [] for i in range(len(sizes) - 1): w = np.random.randn(sizes[i], sizes[i+1]) weights.append(w) return weights def _initialize_alpha(self): return np.random.rand(self.wolf_num, len(self.weights[0])) def _initialize_beta(self): return np.random.rand(self.wolf_num, len(self.weights[0])) def _initialize_delta(self): return np.random.rand(self.wolf_num, len(self.weights[0])) def _init_wolves(self, X): wavelet_coeffs = pywt.wavedec(X, self.wavelet) wolves = [] for i in range(self.wolf_num): wolf = [] for j in range(len(self.weights)): wolf.append(np.random.randn(*self.weights[j].shape)) wavelet_coeffs_new = [] for coeffs in wavelet_coeffs: coeffs_new = [] for coeff in coeffs: wolf_size = np.prod(self.weights[0].shape) wolf_flat = wolf[j].ravel() coeff_flat = coeff.ravel() assert len(wolf_flat) >= len(coeff_flat) wolf_flat[:len(coeff_flat)] = coeff_flat coeffs_new.append(wolf_flat.reshape(self.weights[0].shape)) j += 1 if j == len(wolf): j = 0 wavelet_coeffs_new.append(coeffs_new) wolf_new = pywt.waverec(wavelet_coeffs_new, self.wavelet) wolves.append(wolf_new) return np.array(wolves) def _feedforward(self, X): activations = [X] z = X.dot(self.weights[0]) a = self._sigmoid(z) activations.append(a) for i in range(1, len(self.weights)-1): z = a.dot(self.weights[i]) a = self._sigmoid(z) activations.append(a) z = a.dot(self.weights[-1]) a = self._softmax(z) activations.append(a) return activations def _backpropagation(self, X, y): deltas = [] activations = self._feedforward(X) delta = activations[-1] - y deltas.append(delta) for i in range(len(self.weights)-1, 0, -1): delta = deltas[-1].dot(self.weights[i].T) * self._sigmoid_derivative(activations[i]) deltas.append(delta) deltas.reverse() return activations, deltas def _compute_loss(self, X, y): activations = self._feedforward(X) output = activations[-1] loss = -np.sum(y * np.log(output)) / X.shape[0] return loss def _fitness(self, wolves, X, y): fitness = [] for i in range(self.wolf_num): activations = self._feedforward(wolves[i]) output = activations[-1] loss = -np.sum(y * np.log(output)) / X.shape[0] fitness.append(loss) return np.array(fitness) def _get_leader_wolves(self, wolves, fitness): sorted_indices = np.argsort(fitness) alpha_index = sorted_indices[0] beta_index = sorted_indices[1] delta_index = sorted_indices[2] alpha_wolf = wolves[alpha_index:alpha_index+1, :] beta_wolf = wolves[beta_index:beta_index+1, :] delta_wolf = wolves[delta_index:delta_index+1, :] return alpha_wolf, beta_wolf, delta_wolf def _sigmoid(self, z): if self.activation_func == 'tanh': return np.tanh(z) elif self.activation_func == 'sigmoid': return 1 / (1 + np.exp(-z)) else: raise ValueError('Unknown activation function: %s' % self.activation_func) def _sigmoid_derivative(self, a): if self.activation_func == 'tanh': return 1 - a ** 2 elif self.activation_func == 'sigmoid': return a * (1 - a) else: raise ValueError('Unknown activation function: %s' % self.activation_func) def _softmax(self, z): exp_z = np.exp(z - np.max(z, axis=1, keepdims=True)) return exp_z / np.sum(exp_z, axis=1, keepdims=True) ``` 可以使用该代码训练一个小波神经网络,并使用灰狼算法优化权重。下面是一个使用例子: ```python from sklearn.datasets import load_iris from sklearn.model_selection import train_test_split # Load iris dataset iris = load_iris() X = iris.data y = iris.target # Split dataset into training and testing sets X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42) # Train the model wnn = WaveletNeuralNetwork(hidden_layer_sizes=(10,), activation_func='tanh', wavelet='db4', max_iter=100, wolf_num=10, a=2) wnn.fit(X_train, y_train) # Predict on the testing set y_pred = wnn.predict(X_test) # Calculate accuracy accuracy = np.mean(y_pred == y_test) print('Accuracy:', accuracy) ```

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