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[问题求助] c语言实现BP神经网络算法

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发表于 2015-4-24 18:21 |只看该作者 |倒序浏览
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利用BP网络训练加法,代码如下,我是按照书上的公式敲的代码。对于最终的实验结果,有的结果还行,有的结果误差太多了,有人能帮我看看怎么回事吗?万分感谢!( K- @* P" f1 a( d9 i
ps:不要吐槽语言。我知道这是c c++杂交体。
  1. #include <stdio.h>2 Q2 J9 \3 T$ l+ y' w
  2. #include <time.h>0 H( R6 f- P* ?2 w
  3. #include <math.h>
  4. & x9 s& c3 ^2 e\" E3 u2 F#include <stdlib.h>5 e4 _/ E\" z% A
  5. #include <iostream>8 f2 P% q* N\" }\" I; z
  6. using namespace std;' j6 k1 U$ {7 b# U
  7. #define DATA  8008 y4 d6 E0 Y% o( N
  8. #define IN 2
  9. ; i' ~0 [- D5 e9 G: q- i: x2 g( V#define OUT 1\" j* ?) {0 ]- r1 q5 L7 B( Z9 }8 Y0 Y1 a
  10. #define NEURON 45
  11. / u& P4 Z) m5 ], K2 V7 g; C#define TRAINC 20000
  12. 6 {/ Z. u' g2 `5 |- b- G; m6 C 6 F8 F1 Z3 h# v  p3 L+ i6 c, _
  13. double Fx(double x): U: B+ s4 b7 g/ S/ Z8 x
  14. {3 |$ c; Q4 F2 Y( G) w% P4 o
  15.     return 1 / (1 + exp(-1 * x));+ U; }! ?2 R1 E$ e' X
  16. }
  17. \" W- M4 \+ r+ S4 S//La输入层  Lb隐藏层  Lc输出层. v1 k# V  X, i4 z- @
  18. //样本输入4 ^0 ]4 c* Z. Y+ ]* ~
  19. double La[DATA][IN];
  20. ! F7 }5 _3 ]; ~; d0 l//样本输出
  21. % @2 [; M. l3 c5 c- J3 T: Hdouble Lc[DATA][OUT];5 o' T  k  L. f3 \
  22. //La->Lb权重
  23. - {! m+ F7 p  g9 J! V  F; Jdouble Wab[NEURON][IN];
  24. , C- [5 I0 s( f# V& M//Lb->Lc权重
  25. 1 X4 r  C! y7 d$ b. p) J& odouble Wbc[OUT][NEURON];
  26. # y1 \- n$ P& G7 R  ~- |//样本输入每个向量的最小值,最大值;输出...
  27. ' Q% E- i6 ?8 j: M0 u2 k) i) Ndouble MaxIn[IN], MaxOut[OUT], MinIn[IN], MinOut[OUT];
  28.   ]5 l+ I' @5 d/ @5 F
  29. ; d\" |- ?3 |+ e# g, T. l3 |//Lb层输出
  30. ) K  T$ ]( w# |# Ldouble LbOut[NEURON];6 R: C5 A# Q* h* s, N& y6 c1 ?( \8 ?2 B
  31. //Lc层输出, b! B- _: K\" N- I: I  z
  32. double LcOut[OUT];
  33. 7 }4 C% J5 O) T. _
  34. $ h( b' l' P9 ]/ W//Lc层单元的一般化误差# g, C3 _1 {/ R8 }\" O8 J
  35. double Dc[OUT];$ H8 {3 p- T9 n& O. T
  36. //Lb层单元的一般化误差
  37. : q2 W' V( `* Z1 ndouble Db[NEURON];. i9 Z7 \% A* |9 U
  38. 0 G. Q- W. c) E7 M1 \0 m- U$ n
  39. //设置样本数据
  40. : c* r( z' v2 Q  ?8 y) |/ v. _5 `void setSample()
  41. 5 [: ~+ o$ \' r, s& r{! I5 M* U0 {  D
  42.     srand((unsigned)time(NULL));: B7 E5 X5 l4 X5 q- q* ^6 w
  43.     int i, j;8 o0 T, Z) z/ ?' A, Y. h
  44.     for (i = 0; i < DATA; i++)* V* \. K. g5 x. S
  45.     {$ P, E+ i  J$ E8 \0 C5 Z! y
  46.         for (j = 0; j < IN; j++)5 G( O6 f2 c* k+ I\" t
  47.         {
  48. \" w: W; {+ Q: f0 B            La[j] = rand() % 1000 / 10.0;
  49. - _% \- v1 h, D  p% F1 Q        }
  50. ) x3 F8 y5 u5 T; L+ s + w. y' k; a( R* v$ u$ ]
  51.         for (j = 0; j < OUT; j++)
  52. ( o/ g( \* @: l) J1 E# X            Lc[j] = La[0] + La[1];
  53. / ?\" s! }) W* H1 W* D    }: v+ A/ q/ a1 E; b3 U# P; Z9 f% F
  54. }& ~; D* s! M8 P& ]
  55. //初始化BP网络:权重,阈值(隐含节点+输出节点), D6 H2 L4 N\" }6 t! U
  56. void initNet()
  57. ) w$ k, K% R. A3 P+ ?{
  58. ( z: `' R& s+ h    srand((unsigned)time(NULL));) O8 }8 Y- I# Z
  59.     //两部分的权值设置随机值【-1,1】8 l! i+ }7 f6 K0 Y
  60.     int i, j;. z+ X' d4 U! M- _2 k. ^
  61.     for (i = 0; i < NEURON; i++): s) B6 F8 h  X! a% V\" s
  62.         for (j = 0; j < IN; j++)
  63. * n2 x7 J0 _' M; w' X. V, ~        {1 s\" c6 n: O; Y$ E9 i# j
  64.             Wab[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1 ;. M4 n$ u% Z! O: o5 J
  65.             Wab[j] /= 20;\" n; c! r+ Q3 ]+ v- t\" g
  66.         }1 F& @/ F- Z- h; C  V7 Y+ P$ M

  67. & D, f+ X% J8 f; A1 m    for (i = 0; i < OUT; i++)2 p2 r5 v& W: T7 C- m5 _2 e$ }
  68.         for (j = 0; j < NEURON; j++): i; ?: k\" k9 ?& n0 i
  69.         {
  70. # U- Z/ h2 b& l  @+ z, h0 G5 B/ u9 X            Wbc[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1;
  71. - X% [5 s# z' ^- z            Wbc[j] /= 20;
  72. 9 j6 S. Y8 o$ _9 Z) J; R! a6 ^9 Q        }
  73. % Z9 u' I! M( y     
  74. \" i! {/ u! ^- o0 f. @# O3 j/ M    //找出每个向量最小最大值,并进行归一化
  75. 9 k% _7 O8 a. h0 T* x- z    for (i = 0; i < IN; i++)
  76. ; A& b\" P. T\" m9 E5 n1 x; f    {
  77. 8 g) B7 G! ^6 i6 u5 F! q0 c         ; h( M* |, f, d- ~
  78.         MinIn = MaxIn = La[0];  P. o% T  _1 F7 z/ d$ ~
  79.         for (j = 0; j < DATA; j++)2 _( y* B: }( @- |
  80.         {
  81. ) p) u$ s0 Z7 r. d4 m6 M            if (MinIn > La[j])
  82. 2 R; D- [! y0 m8 q, q9 H                MinIn = La[j];
  83. - f6 H: N) p9 v3 \$ V( Q            if (MaxIn < La[j])
  84.   ~9 ], K7 O3 X8 @6 {& j+ H                MaxIn = La[j];
  85.   O6 p  Y) n/ `# M0 `        }
  86. 2 p# r$ k0 G$ t* m; A8 k\" o7 ^6 k       f6 m- q; Y\" V
  87.          
  88. , S& M0 K7 t2 R    }
  89. ( G* w. }9 D- A6 Z . N9 a& \9 ~\" f+ y6 w4 x
  90.     for (i = 0; i < OUT; i++), z' c0 P: D' E
  91.     {
  92. - C# T' E\" t% D8 J% A- J         
  93. $ A- o& E- ~6 s\" a  A+ }1 x, h        MinOut = MaxOut = Lc[0];
  94. + |* W\" s/ V3 h) C$ g9 _, x        for (j = 0; j < DATA; j++)
  95. ; k  [7 a& K, J        {
  96. 2 i7 h( Y+ Q$ [\" R, ~  Z            if (MinOut > Lc[j])+ ]+ G, e% n5 ?( |: o
  97.                 MinOut = Lc[j];
  98. 7 l. G# M% x, e7 k  c/ f6 j3 I            if (MaxOut < Lc[j])
  99. ; U9 d9 P, G# p                MaxOut = Lc[j];
  100.   F0 x- Z8 q9 U        }
  101. 9 w\" R9 b6 F1 f1 W- r  |
  102. + B/ V6 E9 b: i5 h5 ]    }5 O3 g6 |  h5 k# _: e4 U+ x
  103. , B9 K: k, b. a: x6 `
  104.     //归一化# a: j+ ~0 A; Y8 Z5 C, q* s2 f
  105.     for (i = 0; i < IN; i++)
  106. 0 w( D: d$ g9 O# w) [3 ]) e9 p        for (j = 0; j < DATA; j++)+ _! J2 P5 u7 X; A% W
  107.             La[j] = (La[j] - MinIn + 1) / (MaxIn - MinIn + 1);
  108. 5 G6 U$ k4 ~9 o/ S3 I4 y( m             + ?( n  R! p) R5 m7 a7 _1 W
  109. ' ?, }1 x1 @% m
  110.     for (i = 0; i < OUT; i++)
  111. 7 F1 Y4 V- J/ g% M0 G. f* a% G        for (j = 0; j < DATA; j++)
  112. 7 Q1 m4 Q! P4 f( [+ O, ~; R            Lc[j] = (Lc[j] - MinOut + 1) / (MaxOut - MinOut + 1);
  113. ' T9 j, w+ n: W- m' P         
  114. - H4 N! g; p) a' I: T( K  Y* f             ; Y! U8 A# \4 Z+ @2 e# m/ j
  115. ( i2 y4 Z+ _4 q: n& }
  116. }
  117.   u4 C0 J* w  o6 N. v9 ~- n6 bvoid getActiveVal(int dataIndex)
  118. + A\" B\" n; h7 V{: Z( a. H$ N' r# M5 ?; P, H
  119.     int i, j;
  120. # A, x1 L8 l( g. d7 v, e9 h6 c0 I    double sum;# |  Z7 i5 L% b
  121.     for (i = 0; i < NEURON; i++), |: w6 }6 B; Q) O% p
  122.     {. N: [% G0 T2 ^0 _9 F\" [+ F4 h
  123.         sum = 0;
  124. ' K  E2 L7 {* X: s        for (j = 0; j < IN; j++)
  125. ) D7 t% W' i' x6 {            sum += Wab[j] * La[dataIndex][j];9 q* U& u/ E6 V- {3 e, f
  126.          
  127. 5 |# g3 b7 b4 ]+ f3 s! z        LbOut = Fx(sum);1 b% K. @; z( y
  128. 0 q% i$ ?* p\" g. v. m' e
  129.     }
  130. 4 u, z  u# Y; X3 H% A6 P
  131. ) ]4 ?3 }& y2 B$ m0 V    for (i = 0; i < OUT; i++)3 o3 p' {# d4 `- f  |
  132.     {
  133. 1 U% D7 ^# e' P# l/ g0 A        sum = 0;5 M1 G6 K9 a# A* v! G4 ^, O
  134.         for (j = 0; j < NEURON; j++)\" O5 `\" Q6 Q, H' p\" p! P, E
  135.             sum += Wbc[j] * LbOut[j];
  136. 0 S% [, s. `4 j7 l* h         ! y& A3 ?; S\" @- M) W3 s% B/ ]! c
  137.         LcOut = Fx(sum);
  138. / A+ I% q% @! |& {7 M/ h* p  l    }8 W, ]4 P: F+ m\" Z# N
  139. }- H4 p+ y\" q* \0 D
  140. void backUp(int dataIndex)( U7 p5 Q5 q) j4 w
  141. {
  142. % h4 V$ q( k: e    int i, j;
  143. ( o# {- ]! _  V9 q0 t    double sum = 0;
  144. & C0 X$ L% `+ u6 A4 r    //Lc层单元的一般化误差
  145. 9 r9 |( N' h- C; n    for (i = 0; i < OUT; i++)/ B- q+ B. ]7 y6 a0 T1 N! K- i
  146.         Dc = LcOut * (1 - LcOut)*(Lc[dataIndex] - LcOut);
  147. 6 q+ v* k. x+ |; l- i. F
  148. ) l9 e. A- A. f( E- ]    //Lb层单元的一般化误差
  149. ( V5 r/ r; J+ V/ R    for (i = 0; i < NEURON; i++)5 [/ @6 i# t- C7 x' f, P
  150.     {* i1 |+ J7 h! x% x$ Y
  151.         sum = 0;' K8 x' ?1 ]- r6 u6 }
  152.         for (j = 0; j < OUT; j++)
  153. * _; O. I: G; b( x2 Q6 b9 Z) v  _        {
  154. 8 d& E, r$ {2 X) `  {/ Q            sum += Wbc[j] * Dc[j];
  155. + s/ `+ q: K2 ~# E\" R6 N        }# V1 L) w& I/ S7 L3 V  R( Z( y/ a
  156.         Db = LbOut * (1 - LbOut) * sum;
  157. ( D* ?$ C, p' m% h/ B( f6 i6 t6 \    }0 d; V# t) k8 X& d; f3 q

  158. % s, }4 c1 X  ]' I* T    double beta1 = 0.08, beta2 = 0.1;0 E5 y% u7 d  }7 e5 o
  159. & P9 u) F- p) y7 H\" Y
  160.     for (i = 0; i < OUT; i++)% N7 B: \& [7 m9 A9 P0 Q4 q1 U; z& E
  161.         for (j = 0; j < NEURON; j++)
  162. 2 f1 Q- U) R# i' g            Wbc[j] += beta1*LbOut[j] * Dc;
  163. 2 N0 M\" s% q3 O5 e$ e
  164. * R7 P2 {% `% N1 `: t    for (i = 0; i < NEURON; i++)
  165.   ~/ d7 ~5 J' p9 k5 O7 w        for (j = 0; j < IN; j++)
  166. 6 b( d1 L# Y; p/ Q! O- X            Wab[j] += beta2*Db * La[dataIndex][j];
  167. 3 ~, {5 k: S2 ^5 o7 _ & G1 {8 I  H- J; a- f! j( L+ A
  168.      
  169. 2 G# L0 Y$ U% R2 z5 M     ( U8 r& I1 m; N6 o! Z
  170. }
  171. ) L5 p5 ], K2 E1 J4 u) q
  172.   o+ B0 d* \, `double result(double d1, double d2): Y3 G9 V0 s\" \7 ]4 \# h, ]
  173. {& Z! }; K, Y! I$ p/ w6 r* b
  174.     int i, j;
  175. & {  i3 S  ]; X5 ~    double sum;& N! u% X: y% [5 W$ {
  176.     d1 = (d1 - MinIn[0] + 1) / (MaxIn[0] - MinIn[0] + 1);;. g4 s$ B2 A/ }, q5 X
  177.     d2 = (d2 - MinIn[1] + 1) / (MaxIn[1] - MinIn[1] + 1);
  178. 2 i/ Q( P  C; o( a5 w 9 v, h5 W0 e8 c, X0 X0 d0 A
  179.     for (i = 0; i < NEURON; i++)* o9 i. S$ T7 [) K) U2 o4 Z
  180.     {
  181. # O& G0 m/ h6 n: S$ X& c0 D* k# ~        sum = 0;         + o* k% c: H' }. C
  182.         sum = Wab[0] * d1 + Wab[1] * d2 ;6 J/ }+ b3 V6 }2 |& ]' @
  183.         LbOut= Fx(sum);
  184. * J! u- m+ n& V8 v# r    }
  185. & ~) A7 s0 [7 h. _( T' M
  186. \" c: M! S9 U& @! v$ j    sum = 0;! a/ X( i, l5 A1 E& w- H4 y
  187.     for (j = 0; j < NEURON; j++)  E1 C! B6 t4 ^3 \) u( W
  188.         sum += Wbc[0][j] * LbOut[j];. p( H) P' O' u; y- m- H
  189.      
  190. & e6 Z! i2 y- H; v0 z    LcOut[0] = Fx(sum);
  191. + I4 Y6 {3 V5 H+ _/ z9 \$ `6 N     
  192. 1 i$ a# I6 e/ y1 R! q    return LcOut[0] * (MaxOut[0] - MinOut[0] + 1) + MinOut[0] + 1;
  193. ; y+ @$ Q# y! E\" U2 {\" c% L+ O
  194. 0 l4 Y7 C8 Q, b8 X; M3 A1 R
  195. \" e; t\" Q. T% J8 v! J+ {}
  196. # W$ w# V. C$ f- N/ Q5 i( P  q7 Mvoid train()0 q! B, w2 N& r1 n% u
  197. {
  198. . \+ i* Y/ q' [2 ~0 d    int i, j, no = 0;! E  R6 ]4 N3 a8 }
  199.     double e = 0;8 \: q* u4 G4 g& j& y7 o  R
  200.     do{# `\" J  L% g. Z2 _
  201.         e = 0;
  202. 7 W: x5 D, ^& e5 \8 h/ A1 u* p        for (i = 0; i < DATA; i++): H5 k! W0 I. X
  203.         {
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