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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!: \) x, K6 r) S; V( j. A
ps:不要吐槽语言。我知道这是c c++杂交体。
  1. #include <stdio.h>
  2.   l/ J& Z4 e8 I5 g# V4 x#include <time.h>
  3. & T2 P6 _+ {& e9 ]  K  W#include <math.h>
  4. . d\" _: X( U5 H7 l3 a#include <stdlib.h>
  5. * @# J( ]( j\" n0 u1 r1 w#include <iostream>; J2 U, h: z* n2 ?9 Z1 N& F% N
  6. using namespace std;% G7 _/ v; P- I8 i
  7. #define DATA  800
  8. , _  n( x% w2 W5 ^3 F  I. w! h  V* N+ |/ [#define IN 2
  9. + a7 j: u2 g4 z) h- t1 ]. d8 G#define OUT 1
  10. ( F4 O+ E; Z5 a: v8 I* n/ k#define NEURON 456 }' s0 r# @; K
  11. #define TRAINC 20000
  12. 8 F( q4 p\" J( m( g , ^6 l5 b7 b2 }
  13. double Fx(double x)7 R# [' t( H) f- T/ l3 f* P& i
  14. {3 B/ M: U2 Y) B, p6 [* z% d9 y( _
  15.     return 1 / (1 + exp(-1 * x));! X6 [9 b- e7 F& y  u$ S5 r8 i
  16. }& i! L8 u# ~& H8 A4 P
  17. //La输入层  Lb隐藏层  Lc输出层
  18. 6 `/ \* q7 ], q\" ]; K//样本输入/ |\" C9 |7 a6 V\" [
  19. double La[DATA][IN];# R# a4 w; t) |+ f2 U  P
  20. //样本输出+ f% `& |# r$ \. I
  21. double Lc[DATA][OUT];$ ^\" n* U5 n# Q; [; T! T! I' I! q
  22. //La->Lb权重
  23. 8 h- A0 V5 [2 p! Wdouble Wab[NEURON][IN];
  24. ; K  h! n- d\" R% ]+ U+ T2 ~1 k//Lb->Lc权重
  25. 2 `( O) n0 Y& rdouble Wbc[OUT][NEURON];\" ~/ \) f\" i8 J8 }) K8 o# P2 x0 ]# a
  26. //样本输入每个向量的最小值,最大值;输出...
  27. 8 x, p' E' }& w) N# e$ P5 idouble MaxIn[IN], MaxOut[OUT], MinIn[IN], MinOut[OUT];+ Q. f4 v3 V) ~; c8 M* l6 ?, Q

  28. 4 W& k& J% e8 A\" E3 q! `: p# b//Lb层输出# x# p4 J# I* a; x
  29. double LbOut[NEURON];
  30. 8 ^& X: P* j+ I3 f! o. N//Lc层输出1 u! J& E9 S\" F' [+ T
  31. double LcOut[OUT];4 p2 ]$ z& k' s) ^/ L! u
  32. + t% R. w# J3 C\" a$ S& s
  33. //Lc层单元的一般化误差
  34. ) _  D( u0 b9 M4 `5 D\" e% T8 ^& @double Dc[OUT];
  35. 9 \# e7 Z' V. F% I1 _//Lb层单元的一般化误差
  36.   y9 [: j$ J7 M5 C# c7 jdouble Db[NEURON];
  37. + j; A% W- Q9 W 9 X  E1 ^( v% W
  38. //设置样本数据
  39. - s# _\" K3 r* c\" j1 S- X\" tvoid setSample()& F  ^& \! k9 Q6 a
  40. {) w; q+ a- H  T5 w. T! N
  41.     srand((unsigned)time(NULL));6 o$ t4 a& }% g1 J% d0 [0 M
  42.     int i, j;5 l& O& n8 ^  d- ^) [4 j  Q0 P
  43.     for (i = 0; i < DATA; i++)( I$ P# `7 Q1 v+ x, e
  44.     {
  45. ( y. f- a0 \9 l! F& m6 u\" l        for (j = 0; j < IN; j++)
  46. . J$ }: \\" c1 W        {# q4 A6 v) w. U4 C' ?
  47.             La[j] = rand() % 1000 / 10.0;
  48. & a5 B/ }5 Q8 Y+ h, X        }
  49.   F% _* }) j\" U5 m\" V ( h5 {. N* @  q4 E\" H
  50.         for (j = 0; j < OUT; j++)
  51. 0 d: M8 |6 P+ ]1 }\" i2 W8 M$ G            Lc[j] = La[0] + La[1];& n6 o- \; a0 N, I8 O- L
  52.     }
  53. 0 O2 Y$ `$ G, P1 d: u}9 @3 Z! ^4 f8 U3 J: z* T/ j
  54. //初始化BP网络:权重,阈值(隐含节点+输出节点)
  55. ' V8 w% I. F+ B, ?5 Tvoid initNet()0 p; C# ~  v' P\" r  s9 }
  56. {
  57. ) D; O9 g; c: L' o; D$ e1 b    srand((unsigned)time(NULL));
  58. : }: ?4 H) G/ |) C+ p5 J    //两部分的权值设置随机值【-1,1】) Q  A4 P: c( Y, F4 o
  59.     int i, j;. _, h4 z) N  d8 ?$ u7 _
  60.     for (i = 0; i < NEURON; i++)2 g: p, U; K1 j+ t
  61.         for (j = 0; j < IN; j++)
  62. 1 B# U% A& @/ R/ c7 O\" A2 i        {! i7 K+ r4 q8 T5 |, J# j
  63.             Wab[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1 ;/ |: g1 c9 M7 q& c1 n8 a+ A
  64.             Wab[j] /= 20;; f( {4 h( I# P
  65.         }
  66. 1 O+ y: X- F3 k ' q% T2 P$ S* A# [
  67.     for (i = 0; i < OUT; i++)4 X1 h+ |% b; f( i# I% O
  68.         for (j = 0; j < NEURON; j++)
  69. 6 E$ m1 c# G; h; S; W5 G- ?) Q9 f        {
  70. / F% {- n8 B; ]% _/ R! B            Wbc[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1;/ k4 N. z7 p! Q6 E
  71.             Wbc[j] /= 20;
  72. : V4 V\" B, z5 u9 h( a' H8 a- N        }2 ?& j. {- q5 B9 e( ?' K5 g) W
  73.      
  74. 5 g$ [$ i! ~7 Y! {0 P; |. W    //找出每个向量最小最大值,并进行归一化
  75. $ e% X5 `% C5 J7 |. q; z! q# O3 B! ^; N    for (i = 0; i < IN; i++)/ t& }# H. f, H1 d% L4 x6 I
  76.     {
  77. ( x  ?4 ?3 h% t! h+ ]% Q         
  78. ) J* U7 B$ C6 R0 e$ z5 M4 \        MinIn = MaxIn = La[0];3 K8 [0 G- K6 F3 X/ C) g\" n6 p
  79.         for (j = 0; j < DATA; j++); F6 O4 @5 q# {
  80.         {
  81. 2 A/ P2 \; v' F  t7 e            if (MinIn > La[j])
  82. ) S3 }2 r* }$ g4 T% x' c1 J                MinIn = La[j];& s7 q, ]\" M+ Q5 N- }7 ]
  83.             if (MaxIn < La[j])$ S& _$ G. Y' d  F, S. r# D+ m\" H
  84.                 MaxIn = La[j];
  85. : h& s4 c! q( n+ Y! C        }
  86. 3 V, L' @# K\" {1 P     \" C6 ^3 z4 \: x$ [3 P
  87.          
  88. ) ?) v9 R% g* Z* e    }$ R1 L; ^7 A2 b* ^: K

  89. 2 \\" t* p) ~' h\" C! `1 B    for (i = 0; i < OUT; i++)
  90. & ~4 O' t' x. R2 q; i    {
  91. 4 D9 T- \8 q6 v9 I% A# {( k         \" I8 P: @  J/ T1 l
  92.         MinOut = MaxOut = Lc[0];
  93. $ D/ l8 J; d\" H7 ^5 m, a        for (j = 0; j < DATA; j++)+ J/ A* _. L# I& U4 Y
  94.         {2 ?7 K& K  V# m  K
  95.             if (MinOut > Lc[j])
  96. 3 _) I# u& e' e( X$ x  `                MinOut = Lc[j];! Z5 g& G8 t9 p* D9 O2 u9 |
  97.             if (MaxOut < Lc[j])  v+ Y7 V2 o\" y- ]: o
  98.                 MaxOut = Lc[j];
  99. : _- ~- m7 [$ i\" ^        }
  100. 4 x/ S6 Y$ m8 [: p) T \" Z  s! L0 J/ j
  101.     }\" B- f2 `0 [/ m2 Z
  102. 6 C( `( J% F$ q( L
  103.     //归一化* G) t( t' q5 S1 T
  104.     for (i = 0; i < IN; i++)! i7 H9 O, E6 n' A4 c% ~
  105.         for (j = 0; j < DATA; j++)9 g) \3 ?* e  h! _
  106.             La[j] = (La[j] - MinIn + 1) / (MaxIn - MinIn + 1);
  107. ( K/ p. M4 P4 {. P7 P            
  108. ; H8 F+ t7 s/ O! U
  109. 1 v6 C( d\" i$ S% C2 e    for (i = 0; i < OUT; i++)
  110. ) w8 p% ]& \# {        for (j = 0; j < DATA; j++)  G2 I/ N, d, B, @
  111.             Lc[j] = (Lc[j] - MinOut + 1) / (MaxOut - MinOut + 1);
  112. 7 z1 u- T9 _: o. u8 B         7 f5 b2 S1 d# Z+ l
  113.             
  114. 5 N2 {# z) v9 g; ]/ H9 G' n & R/ [- o% C* b$ o
  115. }( @; e1 ?! x$ Z\" N% g/ P
  116. void getActiveVal(int dataIndex)
  117. \" x+ w/ d' G0 ^) `' W! [0 f% G{
  118. + Q5 `1 B) l: Z/ c4 s6 O    int i, j;' t! i6 [: G4 q/ `
  119.     double sum;
  120. ! |! w& b# F8 M7 ~$ X% P) m    for (i = 0; i < NEURON; i++)
  121. 1 f5 Z4 h) W' M9 q% d    {3 S6 f% g& D$ w* c9 @
  122.         sum = 0;
  123. + D7 g/ a8 g9 V5 \, G6 {        for (j = 0; j < IN; j++)
  124.   ?* R# z- X' e) j& B            sum += Wab[j] * La[dataIndex][j];6 N& E  c' e$ Q/ R: |' G( i
  125.          
  126. : ^% S% p( d+ e3 L! `- F% F        LbOut = Fx(sum);
  127. / B* y) f' v+ |\" n9 @! Z* N0 G
  128. $ r( T; f/ h# Z5 j\" }+ i, [    }8 V7 H\" S% l6 D2 D; \* O5 k0 z
  129. , X9 y3 _/ k. D2 D) l
  130.     for (i = 0; i < OUT; i++)8 Q2 V' _: p\" Q- z3 H+ C
  131.     {
  132. - H, c; k, z9 y' w        sum = 0;
  133. $ `' b9 l! [' ~- R- A( J3 H: ]        for (j = 0; j < NEURON; j++)
  134. ) |' P+ {6 e\" |( s* F3 w            sum += Wbc[j] * LbOut[j];( r7 k3 T\" f- M$ W9 U$ B. Q
  135.          3 I/ h/ `! q7 ]\" _
  136.         LcOut = Fx(sum);
  137. . E\" I' a2 {1 m$ n0 E    }
  138. . d0 D\" Q; m. a4 `' m  ^: X6 V}' t, H% v: J# m6 a* {8 f
  139. void backUp(int dataIndex)
  140. 9 k& T; i) p+ L  E, d( F{
  141. 9 B+ X- s- A\" z% B/ S    int i, j;
  142. : J, G3 F( z& J9 M\" }    double sum = 0;% v2 Y6 @7 `& U* @7 [0 f/ U
  143.     //Lc层单元的一般化误差
  144. + l6 q2 G  ]+ T# h& ^6 R( m    for (i = 0; i < OUT; i++)4 U/ X1 }3 r' w+ e' c, `
  145.         Dc = LcOut * (1 - LcOut)*(Lc[dataIndex] - LcOut);: Q1 o  g9 V) l\" Z3 N( c
  146. ) M% s2 N& n- c; J! K' x2 |
  147.     //Lb层单元的一般化误差
  148. : y# d/ Q( i6 I5 o  l& }* q) x3 {    for (i = 0; i < NEURON; i++)2 x' |' _! n1 B6 v\" t
  149.     {
  150. . N0 V) O3 Y# p- Z: B        sum = 0;$ |1 T9 l9 P, e5 n( W; B: [
  151.         for (j = 0; j < OUT; j++)  P# \3 ?2 {; {7 m
  152.         {
  153. / T' h4 I! @1 X/ S            sum += Wbc[j] * Dc[j];
  154. % L' m8 O3 D% v        }( x\" R) x0 h8 p- i
  155.         Db = LbOut * (1 - LbOut) * sum;
  156. 0 z! e5 ?\" b8 a\" D! u. ]/ r    }! ^% v0 [% m, T6 P: c7 H

  157. ; s\" z; S, c: f1 \7 Z    double beta1 = 0.08, beta2 = 0.1;
  158. \" z- Y: `( k, ?4 B6 ^; T7 l / E9 r) @! l* \3 c& x1 t+ f
  159.     for (i = 0; i < OUT; i++)
  160. # c3 ?0 \4 M# W4 f: u        for (j = 0; j < NEURON; j++)% H4 ?! o/ z5 B. K: T5 @) V
  161.             Wbc[j] += beta1*LbOut[j] * Dc;
  162.   V0 K- U/ j6 l9 p2 |\" w% Q$ \
  163. ! E5 y( x: o2 |8 i    for (i = 0; i < NEURON; i++)
  164. ) k/ Z0 e$ x1 I; J, V0 w        for (j = 0; j < IN; j++)/ M, b. a7 @4 u5 W
  165.             Wab[j] += beta2*Db * La[dataIndex][j];* I* y; g/ \) i: d! V: U, I
  166. ) O! V4 H0 s# ]8 I5 g+ N* Q2 J
  167.      % `! T7 R( n4 @
  168.      1 }9 F4 J9 N\" c* |( |, ~$ D$ Y
  169. }' p\" A( I\" ]' K, z: d
  170. / l- ^: {! M% Z: z- H% l6 \# C! |
  171. double result(double d1, double d2)
  172. 1 g. B- h- g7 q0 R5 l{. ?  v- e0 ?0 J! N, [& k5 f
  173.     int i, j;
  174. 2 ~  I' U$ W8 E4 E3 \6 {; R    double sum;
  175. 1 Y+ n\" t! J9 B& |    d1 = (d1 - MinIn[0] + 1) / (MaxIn[0] - MinIn[0] + 1);;
  176. $ V& C& T' R# R7 v    d2 = (d2 - MinIn[1] + 1) / (MaxIn[1] - MinIn[1] + 1);7 I9 s6 ^! [& T7 ?. L

  177. 8 F. g+ ]2 D$ R6 {7 n/ B& `: \    for (i = 0; i < NEURON; i++)2 C) j) B8 ]. v1 E
  178.     {: o6 H4 y6 d. u- d2 b
  179.         sum = 0;         7 R\" {& B+ u* k# T5 T9 M! u3 t
  180.         sum = Wab[0] * d1 + Wab[1] * d2 ;0 W0 h( F+ T7 \' H
  181.         LbOut= Fx(sum);7 E, N3 l5 f0 o8 E0 p( A6 k
  182.     }6 l8 V3 ~; C; @* J, w5 k. V
  183. 1 x; m3 @8 g0 ?6 c5 l5 l
  184.     sum = 0;; b% R+ w\" E* @  l! W! T: M
  185.     for (j = 0; j < NEURON; j++)
  186. / K, ^. M8 p0 o0 C7 Y        sum += Wbc[0][j] * LbOut[j];
  187. 0 D5 A. i) Z( F1 L7 F2 m( c2 p+ {8 o     
  188. : b- k) v( E: b% Q5 E    LcOut[0] = Fx(sum);4 e; w. {\" A# }* U% z
  189.      
  190. ! q$ {+ j4 g$ ]/ v% @2 _    return LcOut[0] * (MaxOut[0] - MinOut[0] + 1) + MinOut[0] + 1;0 |+ ?  B$ E  F2 d' ]: S0 N

  191. 5 K8 L1 D( v( X; A- Y* L
  192. 8 L0 B$ K- i. P4 r  {}8 C3 M; w0 @\" M7 j* J' v
  193. void train()# t, r/ L9 @5 w- w9 I1 q
  194. {: Y8 G7 o3 Q0 O9 I; p( P6 s5 y9 x
  195.     int i, j, no = 0;; z' W7 v+ E6 D  X( e& ^' g
  196.     double e = 0;
  197.   J1 G* b  |& |- o' N' W    do{
  198. * T/ ~0 n% u( y9 a        e = 0;
  199. \" o! }# N) A. A  ~) ~        for (i = 0; i < DATA; i++)
  200. 4 P% P! L4 ]2 ~) b        {
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