改进的粒子群算法优化bp神经网络预测番茄产量python代码案例,输入8个参数,输出产量

时间: 2024-02-24 21:59:11 浏览: 217
好的,让我来帮你回答这个问题。 首先,粒子群算法是一种优化算法,它可以用来优化神经网络的参数,以达到更好的预测效果。BP神经网络是一种常用的神经网络模型,它可以用来进行回归或分类任务。在这个问题中,我们需要使用粒子群算法来优化BP神经网络的参数,以预测番茄的产量。 以下是一个使用Python实现的粒子群算法优化BP神经网络的代码案例: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 定义BP神经网络模型 class BPNeuralNetwork: def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size): self.input_size = input_size self.hidden_size = hidden_size self.output_size = output_size self.W1 = np.random.randn(self.input_size, self.hidden_size) self.b1 = np.zeros((1, self.hidden_size)) self.W2 = np.random.randn(self.hidden_size, self.output_size) self.b2 = np.zeros((1, self.output_size)) def sigmoid(self, x): return 1 / (1 + np.exp(-x)) def forward(self, X): self.z1 = np.dot(X, self.W1) + self.b1 self.a1 = self.sigmoid(self.z1) self.z2 = np.dot(self.a1, self.W2) + self.b2 self.y = self.z2 def calculate_loss(self, X, y): self.forward(X) loss = np.mean((self.y - y) ** 2) return loss def predict(self, X): self.forward(X) return self.y def get_params(self): params = np.concatenate([self.W1.reshape(-1), self.b1.reshape(-1), self.W2.reshape(-1), self.b2.reshape(-1)]) return params def set_params(self, params): W1_start = 0 W1_end = self.input_size * self.hidden_size self.W1 = np.reshape(params[W1_start:W1_end], (self.input_size, self.hidden_size)) b1_end = W1_end + self.hidden_size self.b1 = np.reshape(params[W1_end:b1_end], (1, self.hidden_size)) W2_end = b1_end + self.hidden_size * self.output_size self.W2 = np.reshape(params[b1_end:W2_end], (self.hidden_size, self.output_size)) self.b2 = np.reshape(params[W2_end:], (1, self.output_size)) def get_grads(self, X, y): # forward self.forward(X) # backward delta3 = self.y - y dW2 = np.dot(self.a1.T, delta3) db2 = np.sum(delta3, axis=0, keepdims=True) delta2 = np.dot(delta3, self.W2.T) * self.a1 * (1 - self.a1) dW1 = np.dot(X.T, delta2) db1 = np.sum(delta2, axis=0) grads = np.concatenate([dW1.reshape(-1), db1.reshape(-1), dW2.reshape(-1), db2.reshape(-1)]) return grads # 定义粒子群算法模型 class PSO: def __init__(self, n_particles, input_size, hidden_size, output_size, X, y, epochs, lr, w, c1, c2): self.n_particles = n_particles self.input_size = input_size self.hidden_size = hidden_size self.output_size = output_size self.X = X self.y = y self.epochs = epochs self.lr = lr self.w = w self.c1 = c1 self.c2 = c2 self.particles = [] self.gbest_params = None self.gbest_loss = np.inf self.initialize_particles() def initialize_particles(self): for i in range(self.n_particles): nn = BPNeuralNetwork(self.input_size, self.hidden_size, self.output_size) params = nn.get_params() velocity = np.zeros_like(params) particle = {'params': params, 'velocity': velocity, 'pbest_params': params, 'pbest_loss': np.inf} self.particles.append(particle) def update_particles(self): for i in range(self.n_particles): particle = self.particles[i] # 更新速度和参数 r1 = np.random.rand(len(particle['velocity'])) r2 = np.random.rand(len(particle['velocity'])) particle['velocity'] = self.w * particle['velocity'] + self.c1 * r1 * (particle['pbest_params'] - particle['params']) + self.c2 * r2 * (self.gbest_params - particle['params']) particle['params'] = particle['params'] + self.lr * particle['velocity'] # 计算粒子的损失函数值和最优值 nn = BPNeuralNetwork(self.input_size, self.hidden_size, self.output_size) nn.set_params(particle['params']) loss = nn.calculate_loss(self.X, self.y) if loss < particle['pbest_loss']: particle['pbest_params'] = particle['params'] particle['pbest_loss'] = loss # 更新全局最优值 if loss < self.gbest_loss: self.gbest_params = particle['params'] self.gbest_loss = loss def train(self): for i in range(self.epochs): self.update_particles() def predict(self, X): nn = BPNeuralNetwork(self.input_size, self.hidden_size, self.output_size) nn.set_params(self.gbest_params) y_pred = nn.predict(X) return y_pred # 测试代码 X = np.random.randn(100, 8) y = np.random.randn(100, 1) pso = PSO(n_particles=10, input_size=8, hidden_size=16, output_size=1, X=X, y=y, epochs=100, lr=0.1, w=0.7, c1=1.2, c2=1.2) pso.train() y_pred = pso.predict(X) print('预测结果:', y_pred) ``` 在这个代码案例中,我们首先定义了一个BP神经网络模型,然后定义了一个粒子群算法模型。在粒子群算法模型中,我们使用了BP神经网络来计算粒子的损失函数值,并更新全局最优值。最后,我们使用训练好的模型来进行预测。 请注意,这个代码案例只是一个简单的示例,实际应用中需要根据具体情况进行修改和调整。
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