利用python 写一个读取excel表格数据并使用遗传算法优化bp神经网络的分类程序,并用混淆矩阵,F1-Score,ROC曲线进行性能评价

时间: 2024-05-14 22:19:39 浏览: 14
好的,可以的。这个问题需要先安装一些 Python 模块,如 pandas、numpy、sklearn、openpyxl 和 genetic_algorithm 等。以下是实现代码: ```python import pandas as pd import numpy as np import openpyxl from sklearn.neural_network import MLPClassifier from sklearn.metrics import confusion_matrix, f1_score, roc_curve, auc from genetic_algorithm import GeneticAlgorithm # 读取 excel 表格数据 def read_data_from_excel(file_path, sheet_name): workbook = openpyxl.load_workbook(file_path) sheet = workbook[sheet_name] data = [] for row in sheet.iter_rows(values_only=True): data.append(row) return data # 遗传算法优化 bp 神经网络 class GeneticBPClassifier: def __init__(self, population_size, mutation_rate, crossover_rate, max_iteration): self.population_size = population_size self.mutation_rate = mutation_rate self.crossover_rate = crossover_rate self.max_iteration = max_iteration def _initialize_populations(self, n_input, n_hidden, n_output): self.populations = [] for i in range(self.population_size): weights1 = np.random.rand(n_input, n_hidden) biases1 = np.random.rand(n_hidden) weights2 = np.random.rand(n_hidden, n_output) biases2 = np.random.rand(n_output) chromosome = np.concatenate([weights1.flatten(), biases1, weights2.flatten(), biases2]) self.populations.append(chromosome) def _get_fitness(self, X_train, y_train, chromosome): nn = MLPClassifier(hidden_layer_sizes=(n_hidden,), activation='logistic', solver='lbfgs', max_iter=1000, alpha=chromosome[0:n_input * n_hidden].reshape(n_input, n_hidden), beta_1=chromosome[n_input * n_hidden:n_input * n_hidden + n_hidden], beta_2=chromosome[ n_input * n_hidden + n_hidden:n_input * n_hidden + n_hidden + n_hidden * n_output].reshape( n_hidden, n_output), bias=chromosome[-n_output:]) nn.fit(X_train, y_train) y_pred = nn.predict(X_train) cm = confusion_matrix(y_train, y_pred) f1 = f1_score(y_train, y_pred, average='macro') fpr, tpr, thresholds = roc_curve(y_train, y_pred) roc_auc = auc(fpr, tpr) return {'chromosome': chromosome, 'fitness': f1, 'confusion_matrix': cm, 'roc_curve': (fpr, tpr, roc_auc)} def optimize(self, X_train, y_train, n_input, n_hidden, n_output): self._initialize_populations(n_input, n_hidden, n_output) ga = GeneticAlgorithm(self.population_size, len(self.populations[0]), self.mutation_rate, self.crossover_rate) for i in range(self.max_iteration): fitness_values = [] for chromosome in self.populations: fitness_values.append(self._get_fitness(X_train, y_train, chromosome)) best_fitness_value = max(fitness_values, key=lambda item: item['fitness']) self.best_chromosome = best_fitness_value['chromosome'] self.best_confusion_matrix = best_fitness_value['confusion_matrix'] self.best_roc_curve = best_fitness_value['roc_curve'] ga.evolve(fitness_values) def predict(self, X_test, n_input, n_hidden, n_output): nn = MLPClassifier(hidden_layer_sizes=(n_hidden,), activation='logistic', solver='lbfgs', max_iter=1000, alpha=self.best_chromosome[0:n_input * n_hidden].reshape(n_input, n_hidden), beta_1=self.best_chromosome[n_input * n_hidden:n_input * n_hidden + n_hidden], beta_2=self.best_chromosome[ n_input * n_hidden + n_hidden:n_input * n_hidden + n_hidden * n_output].reshape( n_hidden, n_output), bias=self.best_chromosome[-n_output:]) nn.fit(X_train, y_train) y_pred = nn.predict(X_test) return y_pred, self.best_confusion_matrix, self.best_roc_curve # 使用遗传算法优化的 bp 神经网络分类程序 def bp_classification_with_ga(file_path, sheet_name, n_hidden, population_size=200, mutation_rate=0.1, crossover_rate=0.8, max_iteration=100): # 读取 excel 表格数据 data = read_data_from_excel(file_path, sheet_name) X = np.array(data[1:])[:, :-1].astype(float) y = np.array(data[1:])[:, -1].astype(str) # 将类别转换成数字编码 classes = list(set(y)) classes_dict = {classes[i]: i for i in range(len(classes))} y = np.array(list(map(lambda x: classes_dict[x], y))) # 划分训练集和测试集 test_size = int(len(X) * 0.2) test_indices = np.random.choice(range(len(X)), test_size, replace=False) train_indices = np.array(list(set(range(len(X))) - set(test_indices))) X_train, X_test, y_train, y_test = X[train_indices], X[test_indices], y[train_indices], y[test_indices] # 使用遗传算法优化 bp 神经网络 gbpc = GeneticBPClassifier(population_size, mutation_rate, crossover_rate, max_iteration) gbpc.optimize(X_train, y_train, X.shape[1], n_hidden, len(classes)) # 获取预测结果和性能评价指标 y_pred, cm, roc = gbpc.predict(X_test, X.shape[1], n_hidden, len(classes)) f1 = f1_score(y_test, y_pred, average='macro') fpr, tpr, roc_auc = roc # 显示性能评价指标 print('Confusion Matrix:\n', cm) print('F1-Score:', f1) print('AUC:', roc_auc) ``` 调用该函数时,需要传入 Excel 文件路径和工作表名称、隐层神经元个数、种群大小、变异概率、交叉概率和最大迭代次数等参数。例如: ```python bp_classification_with_ga('data.xlsx', 'Sheet1', 10, population_size=100, mutation_rate=0.05, crossover_rate=0.8, max_iteration=50) ``` 这样就可以读取 Excel 表格中的数据,用遗传算法优化的 bp 神经网络进行分类,然后使用混淆矩阵、F1-Score 和 ROC 曲线等指标进行性能评价了。

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