现在我有一个10000份数据28*28维度的mnist.csv,请帮我用bp神经网络实现手写数据识别,不能直接调用python里的bp神经网络库。
时间: 2024-03-27 17:36:10 浏览: 66
好的,实现bp神经网络需要以下步骤:
1. 数据预处理:将mnist.csv文件读入程序中,并将数据分成训练集和测试集。同时,将数据归一化到[0,1]范围内。
2. 神经网络模型的定义:定义输入层、隐藏层和输出层的节点个数,设定学习率、迭代次数等超参数,初始化权重和偏置,定义激活函数和损失函数。
3. 前向传播:将训练集的数据输入网络中,按照神经网络模型的定义,计算输出结果。
4. 反向传播:根据损失函数的梯度,反向计算神经网络中每个节点的误差,并更新权重和偏置。
5. 模型评估:将测试集的数据输入网络中,计算模型的准确率。
下面是使用Python代码实现的详细步骤:
1. 数据预处理:
```python
import numpy as np
import pandas as pd
# 读取mnist.csv文件
data = pd.read_csv('mnist.csv')
# 提取特征和标签
x = data.iloc[:, 1:].values / 255 # 归一化到[0,1]范围内
y = data.iloc[:, 0].values
# 将数据分成训练集和测试集
train_size = 60000
test_size = 10000
train_x, test_x = x[:train_size], x[train_size:train_size+test_size]
train_y, test_y = y[:train_size], y[train_size:train_size+test_size]
```
2. 神经网络模型的定义:
```python
class BPNeuralNetwork:
def __init__(self, n_input, n_hidden, n_output, learning_rate=0.1, max_iter=1000):
self.n_input = n_input # 输入层节点数
self.n_hidden = n_hidden # 隐藏层节点数
self.n_output = n_output # 输出层节点数
self.learning_rate = learning_rate # 学习率
self.max_iter = max_iter # 最大迭代次数
# 初始化权重和偏置
self.w1 = np.random.randn(self.n_input, self.n_hidden)
self.b1 = np.zeros((1, self.n_hidden))
self.w2 = np.random.randn(self.n_hidden, self.n_output)
self.b2 = np.zeros((1, self.n_output))
def sigmoid(self, z):
return 1 / (1 + np.exp(-z))
def softmax(self, z):
return np.exp(z) / np.sum(np.exp(z), axis=1, keepdims=True)
def train(self, x, y):
# 前向传播
z1 = np.dot(x, self.w1) + self.b1
a1 = self.sigmoid(z1)
z2 = np.dot(a1, self.w2) + self.b2
a2 = self.softmax(z2)
# 反向传播
delta2 = a2 - y
delta1 = np.dot(delta2, self.w2.T) * a1 * (1 - a1)
self.w2 -= self.learning_rate * np.dot(a1.T, delta2)
self.b2 -= self.learning_rate * np.sum(delta2, axis=0, keepdims=True)
self.w1 -= self.learning_rate * np.dot(x.T, delta1)
self.b1 -= self.learning_rate * np.sum(delta1, axis=0)
def predict(self, x):
z1 = np.dot(x, self.w1) + self.b1
a1 = self.sigmoid(z1)
z2 = np.dot(a1, self.w2) + self.b2
a2 = self.softmax(z2)
return np.argmax(a2, axis=1)
def fit(self, x, y):
for i in range(self.max_iter):
self.train(x, y)
if i % 100 == 0:
print('iteration %d, accuracy %.3f' % (i, np.mean(self.predict(x) == y)))
```
3. 训练模型:
```python
n_input = 784 # 28*28
n_hidden = 64
n_output = 10
learning_rate = 0.1
max_iter = 1000
model = BPNeuralNetwork(n_input, n_hidden, n_output, learning_rate, max_iter)
model.fit(train_x, train_y)
```
4. 测试模型:
```python
test_acc = np.mean(model.predict(test_x) == test_y)
print('test accuracy %.3f' % test_acc)
```
这样就完成了使用bp神经网络实现手写数据识别的任务。
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