# coding=utf-8 
# 使用Python构建ANN 
 
import numpy as np 
 
# 双曲函数 
def tanh(x): 
 return np.tanh(x) 
 
# 双曲函数的微分 
def tanh_deriv(x): 
 return 1.0 - np.tanh(x) * np.tanh(x) 
 
# 逻辑函数 
def logistics(x): 
 return 1 / (1+np.exp(-x)) 
 
# 逻辑函数的微分 
def logistics_derivative(x): 
 return logistics(x)*(1-logistics(x)) 
 
# 使用类 面向对象的技巧 建立ANN 
class NeuralNetwork: 
 # 构造函数 layers指的是每层内有多少个神经元 layers内的数量表示有几层 
 # acvitation 为使用的激活函数名称 有默认值 tanh 表示使用tanh(x) 
 def __init__(self,layers,activation='tanh'): 
  if activation == 'logistic': 
   self.activation = logistics 
   self.activation_deriv = logistics_derivative 
  elif activation == 'tanh': 
   self.activation = tanh 
   self.activation = tanh_deriv 
 
  self.weight =[] 
  # len(layers)-1的目的是 输出层不需要赋予相应的权值 
  for i in range(1,len(layers) - 1): 
   # 第一句是对当前层与前一层之间的连线进行权重赋值，范围在 -0.25 ~ 0.25之间 
   self.weight.append((2*np.random.random((layers[i-1]+1,layers[i]+1))-1)*0.25) 
   # 第二句是对当前层与下一层之间的连线进行权重赋值，范围在 -0.25 ~ 0.25之间 
   self.weight.append((2*np.random.random((layers[i]+1,layers[i+1]))-1)*0.25) 
 
 def fit(self,X,y,learning_rate = 0.2,epochs = 10000): 
  # self是指引当前类的指针 X表示训练集 通常模拟成一个二维矩阵，每一行代表一个样本的不同特征 
  # 每一列代表不同的样本 y指的是classLabel 表示的是输出的分类标记 
  # learning_rate是学习率，epochs表示循环的次数 
  X = np.atleast_2d(X) 
  # 将X转换为numpy2维数组 至少是2维的 
  temp = np.ones([X.shape[0],X.shape[1]+1]) 
  # X.shape[0]返回的是X的行数 X.shape[1]返回的是X的列数 
  temp[:,0:-1] = X # :指的是所有的行 0:-1指的是从第一列到除了最后一列 
  X = temp # 偏向的赋值 
  y = np.array(y)  # 将y转换为numpy array的形式 
 
  # 使用抽样的算法 每次随机选一个 x中的样本 
  for k in range(epochs): 
   # randint(X.shape[0])指的是从0~X.shape[0] 之间随机生成一个int型的数字 
   i = np.random.randint(X.shape[0]) 
   a = [X[i]] # a是从x中任意抽取的一行数据 
 
   #正向更新 
   for l in range(len(self.weight)): # 循环遍历每一层 
    # dot是求内积的运算 将内积运算的结果放在非线性转换方程之中 
    a.append(self.activation(np.dot(a[l], self.weight[l]))) 
 
   error = y[i] - a[-1] # 求误差 a[-1]指的是最后一层的classLabel 
   deltas = [error * self.activation_deriv(a[-1])] 
 
   # 开始反向传播 从最后一层开始，到第0层，每次回退1层 
   for l in range(len(a) - 2,0,-1): 
    deltas.append(deltas[-1].dot(self.weight[l].T)*self.activation_deriv(a[l])) 
   deltas.reverse() 
 
   for i in range(len(self.weight)): 
    layer = np.atleast_2d(a[i]) 
    delta = np.atleast_2d(deltas[i]) # delta存的是误差 
    self.weight[i] += learning_rate * layer.T.dot(delta) # 误差与单元格的值的内积 
 
 # 预测过程 
 def predict(self,x): 
  x=np.array(x) 
  temp = np.ones(x.shape[0]+1) 
  temp[0:-1] = x 
  a = temp 
  for l in range(0,len(self.weight)): 
   a = self.activation(np.dot(a,self.weight[l])) 
  return a 

# coding=utf-8 
 
from ANN import NeuralNetwork 
import numpy as np 
 
nn = NeuralNetwork([2, 2, 1], 'tanh') 
X = np.array([[0, 0], [0, 1], [1, 0], [1, 1]]) 
y = np.array([0, 1, 1, 0]) 
nn.fit(X, y) 
for i in [[0, 0], [0, 1], [1, 0], [1, 1]]: 
 print(i, nn.predict(i))