本文实例讲述了Python实现的NN神经网络算法。分享给大家供大家参考,具体如下:

参考自Github开源代码:https://github.com/dennybritz/nn-from-scratch

运行环境

  • Pyhton3
  • numpy(科学计算包)
  • matplotlib(画图所需,不画图可不必)
  • sklearn(人工智能包,生成数据使用)

计算过程

Python实现的NN神经网络算法完整示例

输入样例

none

代码实现

# -*- coding:utf-8 -*-
#!python3
__author__ = 'Wsine'
import numpy as np
import sklearn
import sklearn.datasets
import sklearn.linear_model
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib
import operator
import time
def createData(dim=200, cnoise=0.20):
  """
  输出:数据集, 对应的类别标签
  描述:生成一个数据集和对应的类别标签
  """
  np.random.seed(0)
  X, y = sklearn.datasets.make_moons(dim, noise=cnoise)
  plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], s=40, c=y, cmap=plt.cm.Spectral)
  #plt.show()
  return X, y
def plot_decision_boundary(pred_func, X, y):
  """
  输入:边界函数, 数据集, 类别标签
  描述:绘制决策边界(画图用)
  """
  # 设置最小最大值, 加上一点外边界
  x_min, x_max = X[:, 0].min() - .5, X[:, 0].max() + .5
  y_min, y_max = X[:, 1].min() - .5, X[:, 1].max() + .5
  h = 0.01
  # 根据最小最大值和一个网格距离生成整个网格
  xx, yy = np.meshgrid(np.arange(x_min, x_max, h), np.arange(y_min, y_max, h))
  # 对整个网格预测边界值
  Z = pred_func(np.c_[xx.ravel(), yy.ravel()])
  Z = Z.reshape(xx.shape)
  # 绘制边界和数据集的点
  plt.contourf(xx, yy, Z, cmap=plt.cm.Spectral)
  plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=y, cmap=plt.cm.Spectral)
def calculate_loss(model, X, y):
  """
  输入:训练模型, 数据集, 类别标签
  输出:误判的概率
  描述:计算整个模型的性能
  """
  W1, b1, W2, b2 = model['W1'], model['b1'], model['W2'], model['b2']
  # 正向传播来计算预测的分类值
  z1 = X.dot(W1) + b1
  a1 = np.tanh(z1)
  z2 = a1.dot(W2) + b2
  exp_scores = np.exp(z2)
  probs = exp_scores / np.sum(exp_scores, axis=1, keepdims=True)
  # 计算误判概率
  corect_logprobs = -np.log(probs[range(num_examples), y])
  data_loss = np.sum(corect_logprobs)
  # 加入正则项修正错误(可选)
  data_loss += reg_lambda/2 * (np.sum(np.square(W1)) + np.sum(np.square(W2)))
  return 1./num_examples * data_loss
def predict(model, x):
  """
  输入:训练模型, 预测向量
  输出:判决类别
  描述:预测类别属于(0 or 1)
  """
  W1, b1, W2, b2 = model['W1'], model['b1'], model['W2'], model['b2']
  # 正向传播计算
  z1 = x.dot(W1) + b1
  a1 = np.tanh(z1)
  z2 = a1.dot(W2) + b2
  exp_scores = np.exp(z2)
  probs = exp_scores / np.sum(exp_scores, axis=1, keepdims=True)
  return np.argmax(probs, axis=1)
def initParameter(X):
  """
  输入:数据集
  描述:初始化神经网络算法的参数
     必须初始化为全局函数!
     这里需要手动设置!
  """
  global num_examples
  num_examples = len(X) # 训练集的大小
  global nn_input_dim
  nn_input_dim = 2 # 输入层维数
  global nn_output_dim
  nn_output_dim = 2 # 输出层维数
  # 梯度下降参数
  global epsilon
  epsilon = 0.01 # 梯度下降学习步长
  global reg_lambda
  reg_lambda = 0.01 # 修正的指数
def build_model(X, y, nn_hdim, num_passes=20000, print_loss=False):
  """
  输入:数据集, 类别标签, 隐藏层层数, 迭代次数, 是否输出误判率
  输出:神经网络模型
  描述:生成一个指定层数的神经网络模型
  """
  # 根据维度随机初始化参数
  np.random.seed(0)
  W1 = np.random.randn(nn_input_dim, nn_hdim) / np.sqrt(nn_input_dim)
  b1 = np.zeros((1, nn_hdim))
  W2 = np.random.randn(nn_hdim, nn_output_dim) / np.sqrt(nn_hdim)
  b2 = np.zeros((1, nn_output_dim))
  model = {}
  # 梯度下降
  for i in range(0, num_passes):
    # 正向传播
    z1 = X.dot(W1) + b1
    a1 = np.tanh(z1) # 激活函数使用tanh = (exp(x) - exp(-x)) / (exp(x) + exp(-x))
    z2 = a1.dot(W2) + b2
    exp_scores = np.exp(z2) # 原始归一化
    probs = exp_scores / np.sum(exp_scores, axis=1, keepdims=True)
    # 后向传播
    delta3 = probs
    delta3[range(num_examples), y] -= 1
    dW2 = (a1.T).dot(delta3)
    db2 = np.sum(delta3, axis=0, keepdims=True)
    delta2 = delta3.dot(W2.T) * (1 - np.power(a1, 2))
    dW1 = np.dot(X.T, delta2)
    db1 = np.sum(delta2, axis=0)
    # 加入修正项
    dW2 += reg_lambda * W2
    dW1 += reg_lambda * W1
    # 更新梯度下降参数
    W1 += -epsilon * dW1
    b1 += -epsilon * db1
    W2 += -epsilon * dW2
    b2 += -epsilon * db2
    # 更新模型
    model = { 'W1': W1, 'b1': b1, 'W2': W2, 'b2': b2}
    # 一定迭代次数后输出当前误判率
    if print_loss and i % 1000 == 0:
      print("Loss after iteration %i: %f" % (i, calculate_loss(model, X, y)))
  plot_decision_boundary(lambda x: predict(model, x), X, y)
  plt.title("Decision Boundary for hidden layer size %d" % nn_hdim)
  #plt.show()
  return model
def main():
  dataSet, labels = createData(200, 0.20)
  initParameter(dataSet)
  nnModel = build_model(dataSet, labels, 3, print_loss=False)
  print("Loss is %f" % calculate_loss(nnModel, dataSet, labels))
if __name__ == '__main__':
  start = time.clock()
  main()
  end = time.clock()
  print('finish all in %s' % str(end - start))
  plt.show()

输出样例

Loss is 0.071316
finish all in 7.221354361552228

Python实现的NN神经网络算法完整示例

更多关于Python相关内容感兴趣的读者可查看本站专题:《Python数学运算技巧总结》、《Python数据结构与算法教程》、《Python函数使用技巧总结》、《Python字符串操作技巧汇总》、《Python入门与进阶经典教程》及《Python文件与目录操作技巧汇总》

希望本文所述对大家Python程序设计有所帮助。

广告合作:本站广告合作请联系QQ:858582 申请时备注:广告合作(否则不回)
免责声明:本站资源来自互联网收集,仅供用于学习和交流,请遵循相关法律法规,本站一切资源不代表本站立场,如有侵权、后门、不妥请联系本站删除!

稳了!魔兽国服回归的3条重磅消息!官宣时间再确认!

昨天有一位朋友在大神群里分享,自己亚服账号被封号之后居然弹出了国服的封号信息对话框。

这里面让他访问的是一个国服的战网网址,com.cn和后面的zh都非常明白地表明这就是国服战网。

而他在复制这个网址并且进行登录之后,确实是网易的网址,也就是我们熟悉的停服之后国服发布的暴雪游戏产品运营到期开放退款的说明。这是一件比较奇怪的事情,因为以前都没有出现这样的情况,现在突然提示跳转到国服战网的网址,是不是说明了简体中文客户端已经开始进行更新了呢?