基于遗传算法改进的BP神经网络算法代码

时间: 2023-09-07 20:17:38 浏览: 65
以下是基于遗传算法改进的BP神经网络算法的Python实现代码: ```python import numpy as np class BPNN_GA: def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size): self.input_size = input_size self.hidden_size = hidden_size self.output_size = output_size # 初始化网络参数 self.W1 = np.random.randn(self.input_size, self.hidden_size) self.b1 = np.random.randn(self.hidden_size) self.W2 = np.random.randn(self.hidden_size, self.output_size) self.b2 = np.random.randn(self.output_size) # 设置遗传算法参数 self.pop_size = 100 self.max_iter = 100 self.mutation_rate = 0.01 def sigmoid(self, x): return 1 / (1 + np.exp(-x)) def forward(self, X): # 前向传播计算输出结果 h = np.dot(X, self.W1) + self.b1 h = self.sigmoid(h) y = np.dot(h, self.W2) + self.b2 return y def loss(self, X, y_true): # 计算均方误差损失 y_pred = self.forward(X) loss = np.mean((y_true - y_pred) ** 2) return loss def fit(self, X, y): # 遗传算法优化BP神经网络参数 pop = self.init_pop() for i in range(self.max_iter): pop = self.select(pop, X, y) pop = self.crossover(pop) pop = self.mutate(pop) # 使用最优个体更新网络参数 self.update_params(pop[0]) def init_pop(self): # 初始化种群 pop = [] for i in range(self.pop_size): W1 = np.random.randn(self.input_size, self.hidden_size) b1 = np.random.randn(self.hidden_size) W2 = np.random.randn(self.hidden_size, self.output_size) b2 = np.random.randn(self.output_size) pop.append((W1, b1, W2, b2)) return pop def select(self, pop, X, y): # 选择适应度高的个体 fitness = [] for i in range(self.pop_size): W1, b1, W2, b2 = pop[i] self.update_params((W1, b1, W2, b2)) loss = self.loss(X, y) fitness.append((i, loss)) fitness.sort(key=lambda x: x[1]) pop = [pop[i[0]] for i in fitness[:int(self.pop_size/2)]] return pop def crossover(self, pop): # 交叉产生新个体 new_pop = [] for i in range(self.pop_size): parent1 = pop[np.random.randint(0, len(pop))] parent2 = pop[np.random.randint(0, len(pop))] W1 = np.where(np.random.rand(*parent1[0].shape) < 0.5, parent1[0], parent2[0]) b1 = np.where(np.random.rand(*parent1[1].shape) < 0.5, parent1[1], parent2[1]) W2 = np.where(np.random.rand(*parent1[2].shape) < 0.5, parent1[2], parent2[2]) b2 = np.where(np.random.rand(*parent1[3].shape) < 0.5, parent1[3], parent2[3]) new_pop.append((W1, b1, W2, b2)) return new_pop def mutate(self, pop): # 突变产生新个体 new_pop = [] for i in range(self.pop_size): W1, b1, W2, b2 = pop[i] W1 = np.where(np.random.rand(*W1.shape) < self.mutation_rate, np.random.randn(*W1.shape), W1) b1 = np.where(np.random.rand(*b1.shape) < self.mutation_rate, np.random.randn(*b1.shape), b1) W2 = np.where(np.random.rand(*W2.shape) < self.mutation_rate, np.random.randn(*W2.shape), W2) b2 = np.where(np.random.rand(*b2.shape) < self.mutation_rate, np.random.randn(*b2.shape), b2) new_pop.append((W1, b1, W2, b2)) return new_pop def update_params(self, params): # 更新网络参数 self.W1, self.b1, self.W2, self.b2 = params def predict(self, X): # 生成预测结果 y_pred = self.forward(X) return y_pred ``` 在这个实现中,我们使用了遗传算法来优化BP神经网络的参数。我们使用均方误差损失作为适应度函数,选择适应度高的个体进行交叉和突变产生新个体。最后,我们使用最优个体的参数来更新网络。

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