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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!
3 t  z* y- p8 lps:不要吐槽语言。我知道这是c c++杂交体。
  1. #include <stdio.h>5 M/ c% H3 H6 [7 V2 j
  2. #include <time.h>7 ~7 }4 I3 \7 F0 Y; S/ Z/ x% M
  3. #include <math.h>
  4. $ ~0 N3 g1 ?, [\" a1 r6 }1 T& y& a$ m#include <stdlib.h>3 \- h2 b4 i\" K7 x\" [
  5. #include <iostream>( i- O\" N. q- N) G3 \% z
  6. using namespace std;
  7. 4 w- h) f! `! ?( d$ V  V, R9 l7 h#define DATA  800! v/ ]\" ^0 I5 \  b4 |- a* u
  8. #define IN 26 ]1 _2 t8 _1 \- E2 f+ E
  9. #define OUT 1
  10. / u+ n; m5 y) L: l$ Z# \% F#define NEURON 45
  11. 2 ?0 z: d# u$ B2 k6 H8 g8 b% I. h0 f#define TRAINC 20000) l5 |$ ]4 P( u$ |) J0 D\" s

  12. 3 r& {& S2 I/ Tdouble Fx(double x)
  13.   a$ i1 W- z6 E' |4 z{# S6 N' ?6 \) ?0 `9 k% O! m
  14.     return 1 / (1 + exp(-1 * x));2 J. z9 x  {/ Q' t; l2 {
  15. }
  16. / s  ]0 d2 ^( C* r$ M; k4 [//La输入层  Lb隐藏层  Lc输出层
  17. 6 c) d9 B\" Q; R0 x//样本输入) f\" F7 V: F& b4 D
  18. double La[DATA][IN];
  19.   ]' ], t# x$ O//样本输出
  20. \" e8 \) r$ P( e& ]- V1 jdouble Lc[DATA][OUT];
  21. % m( B6 u  F* v//La->Lb权重
  22. . I& J: x. h' m4 H' X8 xdouble Wab[NEURON][IN];
  23. % l- B1 R' L8 S$ j//Lb->Lc权重
  24. 8 k5 o+ |% l4 x3 D; \+ l3 c4 ldouble Wbc[OUT][NEURON];1 F2 z) D6 M, ~1 b: V. t
  25. //样本输入每个向量的最小值,最大值;输出...( n7 f* s, B: f5 {7 s2 m
  26. double MaxIn[IN], MaxOut[OUT], MinIn[IN], MinOut[OUT];  \9 Y3 J8 u8 o# e) @/ B

  27. 3 x( s1 ]/ W% r3 @$ g6 Q( u\" T) C//Lb层输出/ S0 W! P( z: b4 s0 X+ x
  28. double LbOut[NEURON];7 C+ O% h1 w7 _. }+ w' T& g. c
  29. //Lc层输出
  30. 4 J7 Q! u$ ?2 y: f, T: |2 bdouble LcOut[OUT];
  31. ! ~6 Y9 v' k, p6 f$ y0 \- {) A6 L5 l * l0 F  V% Z( M. U# I
  32. //Lc层单元的一般化误差
  33. ' \9 N9 t: `% n, Z7 i! jdouble Dc[OUT];
  34. 2 W, n' O5 V  z; }//Lb层单元的一般化误差$ k\" k% n* p/ B\" J2 ~
  35. double Db[NEURON];& v# a% m4 T4 }. E7 W\" `
  36. . i7 ^\" n) S' l9 q
  37. //设置样本数据0 E& g\" ]  c1 M8 n( Z( u; c5 N
  38. void setSample()
  39. # ~7 x% i* Q! l: f, q{7 r  c6 k6 V0 ]& q8 x
  40.     srand((unsigned)time(NULL));: _7 R/ P0 x3 T
  41.     int i, j;
  42. 3 q. }% b. F; x& }  s    for (i = 0; i < DATA; i++), q) _# H5 y3 B
  43.     {, r9 f, N- ?7 Z- W7 h
  44.         for (j = 0; j < IN; j++)
  45. + U$ y. G' c( R$ i& x& l        {8 P\" J& \- V. Y- ~3 p) ]& {4 h  @
  46.             La[j] = rand() % 1000 / 10.0;\" c. O' A1 x+ X* n  q' c
  47.         }( |, m& K' b$ g4 {4 B. y

  48. & R) J# E% N9 D        for (j = 0; j < OUT; j++)  z\" b\" Z' c2 [6 {7 e; d9 ^
  49.             Lc[j] = La[0] + La[1];
  50. / r; `. U- s1 E8 i5 W, W! l    }( J: i5 I/ `% z8 E, }8 r+ s- O
  51. }
  52. 0 J* b1 n5 x! W7 p; Y. I& m//初始化BP网络:权重,阈值(隐含节点+输出节点)
  53. 8 F  E0 l+ C+ B  [' u1 P1 evoid initNet()8 |: ]; ?4 m  L) q. y' z; r
  54. {
  55. 2 |' M: z5 W- p+ D+ @    srand((unsigned)time(NULL));
  56. ; n7 D( }  s; R$ w) e    //两部分的权值设置随机值【-1,1】$ [3 ~; w7 v1 Q0 @
  57.     int i, j;
  58. ; j0 E( x2 C$ m3 D! ]: y    for (i = 0; i < NEURON; i++)! |3 L7 g9 f9 ^; p
  59.         for (j = 0; j < IN; j++)& k6 _: b7 o4 q3 A4 {& C, i! P
  60.         {
  61. / h4 R5 k- k$ u' a3 L0 Z            Wab[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1 ;. w3 L+ X( E- B: w\" P
  62.             Wab[j] /= 20;
  63. % q$ z. M+ \\" f% x9 x1 k        }& Z! T! M) r* E, q2 i( ?' h; F
  64. . ?2 Z6 b. l  F* A
  65.     for (i = 0; i < OUT; i++)
  66. / A$ c2 t& `* C) ~        for (j = 0; j < NEURON; j++)# N% E) [; ?/ y/ J& t
  67.         {
  68. - k/ i1 v+ Y% N: C3 [; D& s            Wbc[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1;
  69. 7 K$ S; ?4 u\" O, E/ z! K            Wbc[j] /= 20;0 f6 z+ Z% @! J
  70.         }
  71. 1 T. e& F: T+ A& w2 a4 F+ W     9 r9 q0 y; ^$ a' g
  72.     //找出每个向量最小最大值,并进行归一化
  73. 7 ?( x  K3 [5 ~! s5 v7 k& m8 y    for (i = 0; i < IN; i++)
  74.   g0 b6 M\" N$ ~% ^5 Y    {
  75. 5 o* g7 g: e- y\" o$ `         - a5 q  i, ?5 \( z6 e0 J
  76.         MinIn = MaxIn = La[0];+ y2 k# R6 \9 x  J7 c  m
  77.         for (j = 0; j < DATA; j++)3 ]  v8 v8 o$ X. P2 P+ S4 a/ l
  78.         {
  79. ! |4 @3 @& k\" |) U: E+ f0 S            if (MinIn > La[j])( |# |: V7 |, c) T. t$ x/ J' R
  80.                 MinIn = La[j];
  81. 9 _5 D; j5 \& i0 ~* h6 @            if (MaxIn < La[j])% {' _8 C* ?' Q$ Q
  82.                 MaxIn = La[j];# }( P' |7 \; k0 k$ r. V6 w
  83.         }
  84. ' J( y$ I  o# r* n& R2 f7 T     
  85. 5 ?0 I$ @. C3 R. u: M         7 F# L' F5 n# Q$ v8 k
  86.     }
  87. ' S, _  j* r. R! B; d) u9 L
  88. + l( @  c) ~# x  s3 u# s    for (i = 0; i < OUT; i++)5 H5 t0 o' l; q* h/ u2 M, A
  89.     {
  90. % @  q, p: J& A. U) m         
  91. 7 K& Z6 d6 Y8 ]& Z+ W$ l        MinOut = MaxOut = Lc[0];7 {( X\" N, L5 B$ ~& q0 Q
  92.         for (j = 0; j < DATA; j++)+ [' i8 I5 X0 q+ j
  93.         {
  94. 0 O( Q/ D8 ?0 x            if (MinOut > Lc[j])
  95. 3 l8 ~2 ]# E  h5 \: G. ^                MinOut = Lc[j];8 m- M: ]; P8 `3 C9 B' R
  96.             if (MaxOut < Lc[j]): ]0 `/ t2 W( v% F( G
  97.                 MaxOut = Lc[j];$ `% B5 W' y) {, Q' y) M9 y6 W2 S
  98.         }
  99. % Q6 @: J+ R, O: X : M\" M& l, z% Y: h
  100.     }6 c$ G6 \) a* i0 W( O3 p6 M

  101. ! z9 T8 g, a  V+ A2 u8 O7 W/ R    //归一化0 I' ]$ A: q1 A
  102.     for (i = 0; i < IN; i++)
  103. 5 F) `8 o- f2 ]  |6 g        for (j = 0; j < DATA; j++)
  104. , @$ \* ^5 j$ d% z1 W& q            La[j] = (La[j] - MinIn + 1) / (MaxIn - MinIn + 1);
  105. # f2 ~) X* d  B. o' d) p             # B, N& r  j$ i- q\" ^6 q* e
  106. 4 S/ \' |2 O: q\" e' A
  107.     for (i = 0; i < OUT; i++)
  108. & s5 O$ N0 v& p0 M% a        for (j = 0; j < DATA; j++)
  109. , c1 g; n5 }& n6 \/ x- r            Lc[j] = (Lc[j] - MinOut + 1) / (MaxOut - MinOut + 1);
  110. ) P\" y/ j6 D! D' m- ^( ^         
  111. 6 F% @# Q7 L! ]. G3 N& w! \* g             7 S% L1 w9 }5 Q$ z1 O' W. Y; b

  112. : n# t1 J7 V# U7 q' W}: v5 N\" E' ^. ~% }9 e
  113. void getActiveVal(int dataIndex)
  114. \" z  M# A# }  s0 z\" O& ^{
  115. \" D' f- V, k9 B' V    int i, j;
  116. 3 m+ N+ n\" y. a0 C0 d- L& d4 L    double sum;
  117. & U4 h+ [# @7 H  B5 b) b    for (i = 0; i < NEURON; i++)
  118. 9 J& h; g# n, r- `2 L% \    {
  119. ' R5 u( {+ V( r* v\" `        sum = 0;( e+ J0 L9 M9 [6 s
  120.         for (j = 0; j < IN; j++)
  121. ) Y7 B: |\" Q( F; V            sum += Wab[j] * La[dataIndex][j];# O5 I  c5 A2 m0 W
  122.          
  123. \" S\" R: F- g' d' A+ Z, O/ p5 ~& \        LbOut = Fx(sum);
  124. - L, t1 _! Q/ ^7 a1 E0 p3 [$ M2 ^& v1 _
  125. % i4 [+ @9 Z2 c; T    }+ d, Y: O/ L( r/ F\" Z. u
  126. , e- H+ g\" v- P0 `7 Q9 t: P6 a% |2 [
  127.     for (i = 0; i < OUT; i++)
  128. 1 T3 c) g9 w; i: Y! s; O  \2 e    {
  129. - z1 P1 A: Q) V: n- [: c0 ?        sum = 0;% s! ?; j1 J$ G; |\" Y/ C$ g; `. }
  130.         for (j = 0; j < NEURON; j++)
  131. ; x5 Q1 y* p6 {            sum += Wbc[j] * LbOut[j];! p% `& u8 p: t; ^: a6 N. u
  132.          
  133. , V! e( P3 w2 h4 O6 }1 }        LcOut = Fx(sum);' @* {% T1 m0 y
  134.     }  @6 t1 V+ K! K1 a3 P
  135. }/ _! _/ o* ~* N/ [% S; z/ a: t$ U
  136. void backUp(int dataIndex)\" u( f1 J2 E6 R( |& @
  137. {
  138. 1 d6 i( ~, K+ [    int i, j;
  139. - [- M1 D5 x. X1 I    double sum = 0;
  140.   Y5 b. O  \  E2 i& X* t) `, I$ K    //Lc层单元的一般化误差. z& ^+ ]3 b' B% p  l& Z: u
  141.     for (i = 0; i < OUT; i++)
  142. . b4 u- R3 q- U* w* x/ j\" X        Dc = LcOut * (1 - LcOut)*(Lc[dataIndex] - LcOut);; _: U  T$ S) Z) n5 D
  143. ; g) j4 B% V) ]& ~1 B
  144.     //Lb层单元的一般化误差
  145.   q2 G\" }* K# N; x    for (i = 0; i < NEURON; i++)! Z6 P5 |1 j. a: @' j3 B
  146.     {! M- ?* T\" z4 m% W+ Z
  147.         sum = 0;4 A  |) \, j; u) [/ l$ C
  148.         for (j = 0; j < OUT; j++)
  149. 3 h5 @, E& D: n1 E6 Y2 N9 Z        {
  150. . Z* r. B2 y5 w5 y% U            sum += Wbc[j] * Dc[j];$ ^- G\" J' m9 S% R+ N
  151.         }1 Y% V* H) i, f  H2 L
  152.         Db = LbOut * (1 - LbOut) * sum;4 W% {  L( y* I6 H# _4 e
  153.     }- z1 Y: _$ t4 e. n0 e\" e6 f

  154. + A. |6 T  ?2 s2 K' w0 u    double beta1 = 0.08, beta2 = 0.1;- m% q8 A% l$ t

  155. 9 F6 d) a; t  E4 O2 ~    for (i = 0; i < OUT; i++)
  156. , B  \* Z' u5 `. [# T! l        for (j = 0; j < NEURON; j++)$ W4 X& w: {  G: P: v* i0 I5 u
  157.             Wbc[j] += beta1*LbOut[j] * Dc;- G5 P6 T\" C5 y4 c4 F) n8 X
  158. , ]& U$ U% k# ^2 y  w' b! V
  159.     for (i = 0; i < NEURON; i++)
  160. * J  X1 k+ y+ v( A2 \- Q        for (j = 0; j < IN; j++)
  161. & D* ^5 \3 U\" K% ^. j5 n: {; F            Wab[j] += beta2*Db * La[dataIndex][j];
  162. : ?( }- {: t8 ]& n; { : W\" U( ~( h9 d( `9 H- Y0 z
  163.      
  164. / F\" G2 s7 x1 E- W4 K0 J7 c     
  165. 0 C) E* H% u* b}/ N0 Q8 T8 C7 X: p6 F; S
  166. % V& c, |! Z3 `5 v7 r4 |
  167. double result(double d1, double d2)! n8 G% Y' F2 ]& `% z\" v( h\" y& Y
  168. {
  169. 4 j- H, T/ b' L# B  P# y: ~/ U  m    int i, j;, o; j  U' Y& }+ H: w3 C
  170.     double sum;: M' g3 a7 h3 g' E2 y
  171.     d1 = (d1 - MinIn[0] + 1) / (MaxIn[0] - MinIn[0] + 1);;5 x1 x5 _$ g$ K\" h3 q7 h$ e
  172.     d2 = (d2 - MinIn[1] + 1) / (MaxIn[1] - MinIn[1] + 1);2 i6 G3 x/ m# R  W9 O* P
  173. * L, d& V* t4 c1 i\" W
  174.     for (i = 0; i < NEURON; i++)
  175. 0 s3 x5 Q9 i- Q    {
  176. 7 o0 P1 z1 B2 t' u* @) g        sum = 0;         \" _5 p2 l7 f! Q( J\" {$ Z, I
  177.         sum = Wab[0] * d1 + Wab[1] * d2 ;
  178. 2 Q2 R8 R, {/ t        LbOut= Fx(sum);/ C& H- K7 i$ f! [! ]
  179.     }2 H7 N5 f) x- b

  180. 3 L$ \% X! R9 c& g9 e6 q' ]    sum = 0;. s* P# h: F& `+ O7 p0 L; N3 U
  181.     for (j = 0; j < NEURON; j++)( }8 g8 K; N\" p0 F
  182.         sum += Wbc[0][j] * LbOut[j];# x' |5 f8 V  L' d
  183.      ; Z\" e4 O. ^% I
  184.     LcOut[0] = Fx(sum);
  185. % Z. Y, A7 c6 H* [4 u6 s, I     . B- f5 R) D\" _& y3 {
  186.     return LcOut[0] * (MaxOut[0] - MinOut[0] + 1) + MinOut[0] + 1;
  187. 3 X0 x% i& {\" ]8 W! l
  188. 8 Y! `) G5 K\" _% c' a& @ & M! N! C4 D% Q
  189. }
  190. 5 |5 H! i8 c) O\" ?, @\" Hvoid train()
  191. . B* h6 t2 \5 T8 W{- g) p# d( X9 s' @8 r2 W
  192.     int i, j, no = 0;2 d# N$ x5 K' A$ y8 |0 n, y! X
  193.     double e = 0;
  194. / s7 B3 f  X4 t2 v# v- T    do{
  195. ! \4 e1 j2 e# C) x3 X& g        e = 0;* F* G6 u0 [& T& n
  196.         for (i = 0; i < DATA; i++), D\" v5 r7 y. k* n( ]0 `
  197.         {
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