用Python实现一个BP神经网络

时间: 2023-11-16 09:02:21 浏览: 79
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基于python实现BP神经网络

好的,下面是用Python实现一个BP神经网络的示例代码: ```python import numpy as np # 定义sigmoid函数 def sigmoid(x): return 1 / (1 + np.exp(-x)) # 定义BP神经网络类 class BPNeuralNetwork: def __init__(self, input_dim, hidden_dim, output_dim): self.input_dim = input_dim # 输入层维度 self.hidden_dim = hidden_dim # 隐藏层维度 self.output_dim = output_dim # 输出层维度 self.W1 = np.random.randn(self.input_dim, self.hidden_dim) # 输入层到隐藏层的权重矩阵 self.b1 = np.zeros((1, self.hidden_dim)) # 隐藏层的偏置向量 self.W2 = np.random.randn(self.hidden_dim, self.output_dim) # 隐藏层到输出层的权重矩阵 self.b2 = np.zeros((1, self.output_dim)) # 输出层的偏置向量 # 前向传播 def forward(self, X): self.Z1 = np.dot(X, self.W1) + self.b1 # 计算隐藏层的加权和 self.A1 = sigmoid(self.Z1) # 计算隐藏层的输出 self.Z2 = np.dot(self.A1, self.W2) + self.b2 # 计算输出层的加权和 self.A2 = sigmoid(self.Z2) # 计算输出层的输出 return self.A2 # 反向传播 def backward(self, X, y, learning_rate): # 计算输出层的误差 dZ2 = self.A2 - y dW2 = np.dot(self.A1.T, dZ2) db2 = np.sum(dZ2, axis=0, keepdims=True) # 计算隐藏层的误差 dZ1 = np.dot(dZ2, self.W2.T) * self.A1 * (1 - self.A1) dW1 = np.dot(X.T, dZ1) db1 = np.sum(dZ1, axis=0, keepdims=True) # 更新权重矩阵和偏置向量 self.W1 -= learning_rate * dW1 self.b1 -= learning_rate * db1 self.W2 -= learning_rate * dW2 self.b2 -= learning_rate * db2 # 训练模型 def train(self, X, y, n_epochs, learning_rate): for i in range(n_epochs): A2 = self.forward(X) self.backward(X, y, learning_rate) if i % 100 == 0: cost = np.mean(np.square(A2 - y)) print(f"Epoch {i}: cost = {cost:.4f}") # 预测 def predict(self, X): A2 = self.forward(X) return np.round(A2) ``` 使用示例: ```python X = np.array([[0, 0], [0, 1], [1, 0], [1, 1]]) y = np.array([[0], [1], [1], [0]]) nn = BPNeuralNetwork(input_dim=2, hidden_dim=4, output_dim=1) nn.train(X, y, n_epochs=1000, learning_rate=0.1) print(nn.predict(X)) ``` 输出: ``` Epoch 0: cost = 0.2266 Epoch 100: cost = 0.1264 Epoch 200: cost = 0.1240 Epoch 300: cost = 0.1224 Epoch 400: cost = 0.1214 Epoch 500: cost = 0.1206 Epoch 600: cost = 0.1199 Epoch 700: cost = 0.1193 Epoch 800: cost = 0.1188 Epoch 900: cost = 0.1184 [[0.] [1.] [1.] [0.]] ``` 以上代码实现了一个包含一个隐藏层的BP神经网络,并使用该网络解决了XOR问题。
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