在jupyter notebook中完成以下操作: 随机生成两组点,再使用matplotlib画出这些点 给这两组点赋予不同的标签 手工生成一条直线(w1x1+w2x2+b=0)将两组点分开 使用pytorch库构建神经网络,并优化得到网络参数

时间: 2023-12-10 10:42:21 浏览: 47
好的,我来给您详细介绍一下如何完成这个任务。 首先,我们需要导入 matplotlib 和 numpy 库来生成随机点并画图。请确保您已经安装了这些库。 ``` python import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np ``` 接下来,我们定义两组随机点。为了方便起见,我们将两组点都设置为二维的,并且每组点有100个。 ``` python np.random.seed(0) N = 100 x1 = np.random.randn(N, 2) + np.array([0, 2]) x2 = np.random.randn(N, 2) + np.array([2, 0]) ``` 现在,我们可以用 matplotlib 将这些点可视化出来。我们可以使用 scatter 函数来绘制散点图。 ``` python plt.scatter(x1[:,0], x1[:,1], label='x1') plt.scatter(x2[:,0], x2[:,1], label='x2') plt.legend() plt.show() ``` 接下来,我们手工生成一条直线将这两组点分开。这里我们设置 $w_1=1$,$w_2=-1$,$b=0$。这条直线的方程是 $x_1-x_2=0$。 ``` python w = np.array([1,-1]) b = 0 x_line = np.linspace(-4, 4, 100) y_line = -x_line*w[0]/w[1] + b/w[1] plt.plot(x_line, y_line, 'g-', label='separating line') plt.scatter(x1[:,0], x1[:,1], label='x1') plt.scatter(x2[:,0], x2[:,1], label='x2') plt.legend() plt.show() ``` 现在,我们开始使用 PyTorch 来构建神经网络并优化得到网络参数。首先,我们需要将数据转换为 PyTorch 张量,并将标签转换为 0 和 1。 ``` python import torch x = np.vstack([x1, x2]).astype(np.float32) y = np.concatenate([np.zeros(N), np.ones(N)]).astype(np.float32) x = torch.from_numpy(x) y = torch.from_numpy(y) ``` 接下来,我们使用 PyTorch 定义一个简单的两层神经网络,并使用交叉熵损失函数和随机梯度下降(SGD)优化器。 ``` python class Net(torch.nn.Module): def __init__(self): super(Net, self).__init__() self.fc1 = torch.nn.Linear(2, 1) def forward(self, x): y = torch.sigmoid(self.fc1(x)) return y net = Net() criterion = torch.nn.BCELoss() optimizer = torch.optim.SGD(net.parameters(), lr=0.1) ``` 最后,我们使用 PyTorch 进行训练。我们迭代100次,每次随机选择一个小批量数据进行训练。 ``` python for epoch in range(100): optimizer.zero_grad() outputs = net(x) loss = criterion(outputs.view(-1), y) loss.backward() optimizer.step() if (epoch+1) % 10 == 0: print('Epoch [%d/%d], Loss: %.4f' % (epoch+1, 100, loss.item())) ``` 训练完成后,我们可以使用训练好的模型来预测每个点所属的类别,并将分类结果可视化出来。 ``` python x_grid, y_grid = np.meshgrid(np.linspace(-4, 4, 100), np.linspace(-4, 4, 100)) xy_grid = np.hstack([x_grid.reshape(-1,1), y_grid.reshape(-1,1)]) xy_grid_tensor = torch.from_numpy(xy_grid.astype(np.float32)) z_grid_tensor = net(xy_grid_tensor).detach().numpy().reshape(x_grid.shape) plt.contourf(x_grid, y_grid, z_grid_tensor, cmap=plt.cm.binary, alpha=0.3) plt.scatter(x1[:,0], x1[:,1], label='x1') plt.scatter(x2[:,0], x2[:,1], label='x2') plt.legend() plt.show() ``` 现在,您已经完成了这个任务。如果您在执行过程中遇到了任何问题,请告诉我。

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