jupyternotebok采用BP神经网络模型将鸢尾花数据二分类。

时间: 2024-02-01 22:15:13 浏览: 27
首先,加载鸢尾花数据集并进行预处理: ```python import numpy as np from sklearn import datasets iris = datasets.load_iris() X = iris.data y = iris.target # 将标签转换为0和1 y[y != 0] = 1 # 标准化特征值 X = (X - np.mean(X, axis=0)) / np.std(X, axis=0) ``` 然后,我们定义BP神经网络模型。在这个例子中,我们使用一个具有两个隐藏层的神经网络,每个隐藏层有10个神经元。我们使用sigmoid作为激活函数,二元交叉熵作为损失函数,批量梯度下降作为优化算法。 ```python class BPNeuralNetwork: def __init__(self, n_input, n_hidden1, n_hidden2, n_output): self.n_input = n_input self.n_hidden1 = n_hidden1 self.n_hidden2 = n_hidden2 self.n_output = n_output # 初始化权重和偏置 self.weights1 = np.random.randn(self.n_input, self.n_hidden1) self.bias1 = np.zeros((1, self.n_hidden1)) self.weights2 = np.random.randn(self.n_hidden1, self.n_hidden2) self.bias2 = np.zeros((1, self.n_hidden2)) self.weights3 = np.random.randn(self.n_hidden2, self.n_output) self.bias3 = np.zeros((1, self.n_output)) def sigmoid(self, x): return 1 / (1 + np.exp(-x)) def sigmoid_derivative(self, x): return x * (1 - x) def forward(self, X): self.z1 = np.dot(X, self.weights1) + self.bias1 self.a1 = self.sigmoid(self.z1) self.z2 = np.dot(self.a1, self.weights2) + self.bias2 self.a2 = self.sigmoid(self.z2) self.z3 = np.dot(self.a2, self.weights3) + self.bias3 self.y_hat = self.sigmoid(self.z3) return self.y_hat def backward(self, X, y, y_hat, learning_rate): # 计算输出层误差 self.output_error = y - y_hat self.output_delta = self.output_error * self.sigmoid_derivative(y_hat) # 计算隐藏层2误差 self.hidden2_error = np.dot(self.output_delta, self.weights3.T) self.hidden2_delta = self.hidden2_error * self.sigmoid_derivative(self.a2) # 计算隐藏层1误差 self.hidden1_error = np.dot(self.hidden2_delta, self.weights2.T) self.hidden1_delta = self.hidden1_error * self.sigmoid_derivative(self.a1) # 更新权重和偏置 self.weights1 += learning_rate * np.dot(X.T, self.hidden1_delta) self.bias1 += learning_rate * np.sum(self.hidden1_delta, axis=0, keepdims=True) self.weights2 += learning_rate * np.dot(self.a1.T, self.hidden2_delta) self.bias2 += learning_rate * np.sum(self.hidden2_delta, axis=0, keepdims=True) self.weights3 += learning_rate * np.dot(self.a2.T, self.output_delta) self.bias3 += learning_rate * np.sum(self.output_delta, axis=0, keepdims=True) def train(self, X, y, learning_rate=0.1, n_epochs=1000): for i in range(n_epochs): y_hat = self.forward(X) self.backward(X, y, y_hat, learning_rate) def predict(self, X): y_hat = self.forward(X) predictions = np.round(y_hat) return predictions ``` 接下来,我们将数据集分为训练集和测试集,并训练模型。 ```python from sklearn.model_selection import train_test_split X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42) bpnn = BPNeuralNetwork(n_input=4, n_hidden1=10, n_hidden2=10, n_output=1) bpnn.train(X_train, y_train, learning_rate=0.1, n_epochs=1000) ``` 最后,我们使用测试集评估模型。 ```python from sklearn.metrics import accuracy_score predictions = bpnn.predict(X_test) accuracy = accuracy_score(y_test, predictions) print("Accuracy:", accuracy) ``` 完整代码如下: ```python import numpy as np from sklearn import datasets from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.metrics import accuracy_score class BPNeuralNetwork: def __init__(self, n_input, n_hidden1, n_hidden2, n_output): self.n_input = n_input self.n_hidden1 = n_hidden1 self.n_hidden2 = n_hidden2 self.n_output = n_output # 初始化权重和偏置 self.weights1 = np.random.randn(self.n_input, self.n_hidden1) self.bias1 = np.zeros((1, self.n_hidden1)) self.weights2 = np.random.randn(self.n_hidden1, self.n_hidden2) self.bias2 = np.zeros((1, self.n_hidden2)) self.weights3 = np.random.randn(self.n_hidden2, self.n_output) self.bias3 = np.zeros((1, self.n_output)) def sigmoid(self, x): return 1 / (1 + np.exp(-x)) def sigmoid_derivative(self, x): return x * (1 - x) def forward(self, X): self.z1 = np.dot(X, self.weights1) + self.bias1 self.a1 = self.sigmoid(self.z1) self.z2 = np.dot(self.a1, self.weights2) + self.bias2 self.a2 = self.sigmoid(self.z2) self.z3 = np.dot(self.a2, self.weights3) + self.bias3 self.y_hat = self.sigmoid(self.z3) return self.y_hat def backward(self, X, y, y_hat, learning_rate): # 计算输出层误差 self.output_error = y - y_hat self.output_delta = self.output_error * self.sigmoid_derivative(y_hat) # 计算隐藏层2误差 self.hidden2_error = np.dot(self.output_delta, self.weights3.T) self.hidden2_delta = self.hidden2_error * self.sigmoid_derivative(self.a2) # 计算隐藏层1误差 self.hidden1_error = np.dot(self.hidden2_delta, self.weights2.T) self.hidden1_delta = self.hidden1_error * self.sigmoid_derivative(self.a1) # 更新权重和偏置 self.weights1 += learning_rate * np.dot(X.T, self.hidden1_delta) self.bias1 += learning_rate * np.sum(self.hidden1_delta, axis=0, keepdims=True) self.weights2 += learning_rate * np.dot(self.a1.T, self.hidden2_delta) self.bias2 += learning_rate * np.sum(self.hidden2_delta, axis=0, keepdims=True) self.weights3 += learning_rate * np.dot(self.a2.T, self.output_delta) self.bias3 += learning_rate * np.sum(self.output_delta, axis=0, keepdims=True) def train(self, X, y, learning_rate=0.1, n_epochs=1000): for i in range(n_epochs): y_hat = self.forward(X) self.backward(X, y, y_hat, learning_rate) def predict(self, X): y_hat = self.forward(X) predictions = np.round(y_hat) return predictions iris = datasets.load_iris() X = iris.data y = iris.target # 将标签转换为0和1 y[y != 0] = 1 # 标准化特征值 X = (X - np.mean(X, axis=0)) / np.std(X, axis=0) X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42) bpnn = BPNeuralNetwork(n_input=4, n_hidden1=10, n_hidden2=10, n_output=1) bpnn.train(X_train, y_train, learning_rate=0.1, n_epochs=1000) predictions = bpnn.predict(X_test) accuracy = accuracy_score(y_test, predictions) print("Accuracy:", accuracy) ``` 注:这只是一个简单的示例,实际应用中需要进行更多的数据预处理和模型调优。

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