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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!2 b1 A; p; F% a. p
ps:不要吐槽语言。我知道这是c c++杂交体。
  1. #include <stdio.h>
  2. 7 O$ B+ X6 n9 W2 h#include <time.h>0 A3 R) ]& B( @  Q  Z
  3. #include <math.h>
  4. ( \$ b4 H. u1 k7 x. q# h6 c9 t#include <stdlib.h>
  5. 9 s1 n6 \5 c2 G. [$ M0 Q#include <iostream>
  6. & B' P) a  Y$ R# i+ ~; nusing namespace std;* Y, s6 H; t, q1 V
  7. #define DATA  800
  8. + }! p& a, d+ Q) G#define IN 2& @8 U% L  c. y/ p4 @, _* p' R
  9. #define OUT 1, {* Q' }, \- \) w  F2 D
  10. #define NEURON 45
  11. ; Z6 e& p/ k  ]) s#define TRAINC 20000* D. o2 k+ T- D# F# T
  12.   V  Z, y* r# K: W# A' @& n3 u
  13. double Fx(double x)
  14. $ G0 l5 P% A( `9 y{0 t$ _0 |1 N5 r. ]. a2 p. a
  15.     return 1 / (1 + exp(-1 * x));% }; i$ e4 H0 H! U: t5 x; s: t7 i
  16. }
  17. 7 w6 W1 R. a\" ^2 X//La输入层  Lb隐藏层  Lc输出层9 o) \' o9 K, A. ^- E
  18. //样本输入
  19. : r! }) p: d! l! p1 zdouble La[DATA][IN];. w% Q2 y. Y2 Q8 }9 X. H
  20. //样本输出
  21. : \8 R1 J, A: R& Ndouble Lc[DATA][OUT];
  22. * j4 D: n8 H) Z) @. s8 J\" U//La->Lb权重
  23. 6 k/ Q* E8 T+ y# v& N8 b- E  H6 n( fdouble Wab[NEURON][IN];
  24. 7 T7 l; M$ P3 P( b! s//Lb->Lc权重
  25. ) s  @$ \' |/ r2 O1 k5 E( H0 g; C- Ydouble Wbc[OUT][NEURON];
  26. ; M  z2 U# e4 `: L  X//样本输入每个向量的最小值,最大值;输出...\" U) p0 w8 P/ k. h3 M
  27. double MaxIn[IN], MaxOut[OUT], MinIn[IN], MinOut[OUT];
  28. ' o4 G! r1 ^3 F. I! a, J& ?\" l: N
  29. 3 d8 d4 r5 K% {$ N//Lb层输出
  30. 6 `- g; i2 Y3 S0 i' W. Fdouble LbOut[NEURON];
  31. ; w) X2 b. n' ^  G* r5 x! C0 M  b//Lc层输出
  32. : M% H( u; c' `' K) D( s1 Odouble LcOut[OUT];
  33. ( d2 K6 }7 a/ v' M# t$ N 7 @$ R# B8 s; i6 s
  34. //Lc层单元的一般化误差. B. V/ V* A' e\" b! W# E+ p% M$ a\" C
  35. double Dc[OUT];
  36. ' L; g/ f\" l\" m, M4 \//Lb层单元的一般化误差
  37. $ U+ z) A& G: r5 J: Y% U( Vdouble Db[NEURON];, Z% l3 t4 Q9 o% T
  38. 6 L5 f) ~1 M% H
  39. //设置样本数据. z3 E9 X! D; I3 L1 M+ E; d/ n
  40. void setSample()\" S$ |3 R2 i; S: O* J
  41. {! y9 g$ l1 x\" a3 Z) q
  42.     srand((unsigned)time(NULL));1 Y* d% T8 o: j; ~& K) }
  43.     int i, j;
  44. 7 |8 F! B2 l8 r- Z( f& k* p    for (i = 0; i < DATA; i++)
  45. * F) A0 c# C! r6 A5 z2 D% a    {\" x3 G4 B/ {# R2 f
  46.         for (j = 0; j < IN; j++)
  47. * p/ Q# R\" |6 D$ V        {
  48. \" }& N8 L4 l\" m            La[j] = rand() % 1000 / 10.0;: c3 i& C, X% h* ?0 d! O$ |
  49.         }% n8 f6 i# T% ]3 p\" Z- Z& w

  50. 1 Q6 Z, k( W! {5 k5 p8 G/ A8 H        for (j = 0; j < OUT; j++)
  51. 2 h  Y6 @) t4 t, _6 Q            Lc[j] = La[0] + La[1];
  52. ; b* y5 M\" n; E! r& i    }
  53. # h7 d: {8 x% k1 c& R6 A( d}5 D5 S; Z3 R7 g& Y
  54. //初始化BP网络:权重,阈值(隐含节点+输出节点)
  55. 1 F9 O& E3 z/ }$ [, T7 R3 \! mvoid initNet()
  56. ' y5 I/ j: m; O* o% w{
  57. , F2 I4 Y$ E* `5 E5 n+ L* k% U    srand((unsigned)time(NULL));
  58. 1 Q+ q( t( @4 f& |+ G' Q% O  ?' i    //两部分的权值设置随机值【-1,1】
  59. 5 c\" \% l' `1 B  k    int i, j;/ i6 v- L, D' P  I- `
  60.     for (i = 0; i < NEURON; i++)  E- S\" f\" m5 {6 i, d5 S
  61.         for (j = 0; j < IN; j++)
  62. ' l! j1 W! c: N7 H        {; `; H) ]0 J$ ]8 k* n
  63.             Wab[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1 ;* ^) ]\" t3 ]\" \4 m2 l
  64.             Wab[j] /= 20;; J. X2 F4 K+ g  K: a/ ]
  65.         }( |! j) |8 N+ S

  66. . k* I7 V* G\" R\" A    for (i = 0; i < OUT; i++)6 \* `1 z! ?, X! I# e
  67.         for (j = 0; j < NEURON; j++)! C2 K7 u0 _; q, y0 a\" k( Q
  68.         {
  69.   Y3 P# V6 S1 O& n            Wbc[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1;
  70. 5 ]0 p% V* [. L$ u6 g            Wbc[j] /= 20;
  71. 6 |4 c$ Z' {( [\" z: O5 F/ u        }
  72. % e3 ~, S+ i9 ]% I     
  73. * i0 H3 X2 O  _# ~  f* v    //找出每个向量最小最大值,并进行归一化! Z4 |9 g5 A; H9 ~5 g
  74.     for (i = 0; i < IN; i++)0 N; |6 i8 S5 W! c: _* D( t: n
  75.     {
  76. \" b' s\" p3 o7 Y7 ?! i: G         
  77. 7 ?! q* q% f1 M& g5 R        MinIn = MaxIn = La[0];. F0 F3 d6 p% _* j\" p9 J
  78.         for (j = 0; j < DATA; j++): b* E4 [+ P/ `; k
  79.         {! r: C0 i4 L, g
  80.             if (MinIn > La[j])' X# y' b9 n/ N\" H  ?
  81.                 MinIn = La[j];
  82. ! y* U% R0 `6 K4 C! y- F            if (MaxIn < La[j])
  83. $ y. p/ j\" z; K% u                MaxIn = La[j];
  84. ' z. B; |5 j& [\" R% u7 o7 g        }
  85. % r  f8 D. @$ J* Z4 x/ U     5 W& k4 Q  @2 p7 c1 _/ {
  86.          1 U9 d% ]: u' `, Z2 A6 ^/ V
  87.     }
  88. % j1 O9 ~9 y% b
  89. : l$ ^' b) c/ `6 ~5 [    for (i = 0; i < OUT; i++)
  90. 6 l: t9 G. B$ }/ G    {
  91. # t, c8 Y- X5 a, i, A/ q         
  92. 8 u3 i\" ?5 o\" C        MinOut = MaxOut = Lc[0];
  93. 9 m+ q( z  n- e, P        for (j = 0; j < DATA; j++)  j8 {1 C% D) c7 T8 l
  94.         {) o1 J\" D7 b3 T
  95.             if (MinOut > Lc[j])
  96. 4 K2 z: J5 g2 l                MinOut = Lc[j];% F( o) N8 w/ k
  97.             if (MaxOut < Lc[j])
  98.   b, F1 x6 M& ]7 ]4 u; x7 V                MaxOut = Lc[j];
  99. * |. l! z# \: W0 }. z: v- p        }+ i! c( \# ?\" t* i7 v- K$ E1 a4 ]& F
  100. , f/ m  f; q9 q  b2 \' C: k, f
  101.     }
  102. ( X$ m/ U$ T# Q' F' L7 k. H
  103. + w# R' Z+ x9 E- n8 G    //归一化
  104. . A3 D( S0 ]) [# ?  i' O    for (i = 0; i < IN; i++)
  105. , t\" r- q, Y/ y* D' w% Q# n1 Y        for (j = 0; j < DATA; j++)* P; \* p4 L( Z
  106.             La[j] = (La[j] - MinIn + 1) / (MaxIn - MinIn + 1);
  107. - l, K5 ?- r9 c2 B1 ^  p* ^            
  108. , r' _: I9 S  r, {
  109. ; ?/ |9 E, D5 ^9 ]3 _    for (i = 0; i < OUT; i++)
  110. ! x3 E( s. U5 B* w5 i* X2 I        for (j = 0; j < DATA; j++)
  111. + w* n) x  I\" `* |' N4 W            Lc[j] = (Lc[j] - MinOut + 1) / (MaxOut - MinOut + 1);1 M+ h) C7 @3 V. D\" R6 ~/ {$ ~
  112.          - y4 ]3 N- s2 _# o8 D* O
  113.             
  114. 7 [% k5 \+ c  m* T
  115. $ Q/ Y- M* q( W}
  116. : x4 q- V  d; a* T% [void getActiveVal(int dataIndex)
  117. 5 H' v$ B& a7 Y! g{. U0 F: }0 c* o! J# a; N\" B, D! c
  118.     int i, j;8 |3 J; h7 d  }, Q8 S% ]
  119.     double sum;5 F# W\" |3 K! S\" \* }' D1 m
  120.     for (i = 0; i < NEURON; i++)8 E\" j% C9 @( b6 X0 p
  121.     {
  122.   k. \# G; ]4 t5 H  n        sum = 0;
  123. ; a% F4 A6 F6 {* G\" ?) Z        for (j = 0; j < IN; j++)* y) Z$ H# o6 F- z* p0 K' s( n0 x9 P
  124.             sum += Wab[j] * La[dataIndex][j];
  125. & s5 V/ S+ k, v6 ?1 b         
  126. ! f/ K8 \3 i1 o# C* F3 @& q! h        LbOut = Fx(sum);9 R% Y* Y# g) B5 l

  127. ; q$ y8 s* L' h; b4 f    }# m2 L$ ?' E# v4 M
  128. ; S1 }- p! w8 R& h$ o) n$ Q
  129.     for (i = 0; i < OUT; i++)
  130. / Z6 T8 y\" V' a# L# ^) |    {, s) ^& Q6 h! E6 T/ p- G; D
  131.         sum = 0;
  132. & P/ Q# E  }; \+ q0 g        for (j = 0; j < NEURON; j++)0 u# R( e* L1 z6 N; A+ Y1 @
  133.             sum += Wbc[j] * LbOut[j];
  134.   n# Q\" |& _. ^+ _8 O3 A         7 p0 m- `( Z' L9 f- E
  135.         LcOut = Fx(sum);
  136. : a* V/ U/ ]4 O: }; N    }, p3 \, }4 u' v7 O4 M2 E3 r2 o
  137. }
  138. 2 W. [+ L! {' y) Dvoid backUp(int dataIndex)
  139. ' J% E/ J\" j* C! m; d4 p9 W{
  140. ( u: r# q, g/ [    int i, j;1 N/ h% U' m* g  g$ ~+ r
  141.     double sum = 0;
  142. 7 i  ^/ t; b  F3 f, B7 H3 ]0 q    //Lc层单元的一般化误差1 v7 m' b5 e' D) K
  143.     for (i = 0; i < OUT; i++)  j7 d\" X5 h2 u4 w9 v7 V
  144.         Dc = LcOut * (1 - LcOut)*(Lc[dataIndex] - LcOut);
  145. - i, B. x\" R8 q6 u
  146. : i$ x  _1 n$ t8 v* t    //Lb层单元的一般化误差
  147. * c) x% I# q/ R* B# v7 s, {    for (i = 0; i < NEURON; i++)
  148. 5 L4 m3 L\" f* d( _7 J, P3 e    {
  149. ! C+ P1 B& U) X        sum = 0;
  150. 9 L8 U& n1 n0 v$ U) E9 U        for (j = 0; j < OUT; j++)1 I& i7 Z5 {* t! k3 F  L
  151.         {
  152. 7 }8 y5 M% I0 o7 {/ x! g1 y            sum += Wbc[j] * Dc[j];
  153. 4 F/ q& ^8 r# l        }0 B+ ?9 f  ^# P\" e9 V
  154.         Db = LbOut * (1 - LbOut) * sum;
  155. ' a3 Z1 z# u/ `1 p2 F    }
  156. 6 [7 Y3 l  W& L5 o$ T: [ ; i% h9 Y3 j* K
  157.     double beta1 = 0.08, beta2 = 0.1;9 w4 _6 O* a; ]/ _

  158. ) }. J0 D2 S. n5 V\" s/ P    for (i = 0; i < OUT; i++)
  159. 2 K' L\" D2 g: X5 J& P5 |/ T$ y6 @        for (j = 0; j < NEURON; j++)% |& |) G. C+ [) e- e8 v& S
  160.             Wbc[j] += beta1*LbOut[j] * Dc;2 h5 q! J; O\" C$ b& s2 ~7 O( l

  161. 7 U4 v. x# f9 Y% o9 f    for (i = 0; i < NEURON; i++)5 L9 J0 y$ K; |  f/ N\" w% L
  162.         for (j = 0; j < IN; j++)+ W; g% |: v. q5 F7 F/ `6 K' N
  163.             Wab[j] += beta2*Db * La[dataIndex][j];
  164. 5 n6 |1 I& a  F+ s' S2 _
  165. ) ~' [0 `2 K) m# E( A7 X& A     . _* |4 W4 A7 _2 H; Q3 p
  166.      4 ^+ c- X0 i$ L7 Q( X/ }
  167. }  Y  j2 H, _% i- l) j9 P
  168. 8 d+ Q* B8 W. y
  169. double result(double d1, double d2)
  170. * \( V) S* O+ t0 Z{/ I2 ~$ y1 t! `6 u8 z0 E
  171.     int i, j;& b6 ?! N5 F6 I! C: i\" _9 y
  172.     double sum;
  173. $ G4 E/ ]. n  W    d1 = (d1 - MinIn[0] + 1) / (MaxIn[0] - MinIn[0] + 1);;. k! ^& P* M4 ?
  174.     d2 = (d2 - MinIn[1] + 1) / (MaxIn[1] - MinIn[1] + 1);7 n# r9 g9 J# x) L4 M0 P

  175. / W, N1 k8 `3 q7 }; M+ W) R7 ~4 ^    for (i = 0; i < NEURON; i++)4 v9 B! h2 q/ W: b
  176.     {
  177. % e$ h0 ^! x- Z3 t. m* D) a        sum = 0;         
  178. % j; p8 N5 @; Q5 ^        sum = Wab[0] * d1 + Wab[1] * d2 ;+ x+ |  u' ?! j+ x2 [
  179.         LbOut= Fx(sum);& V1 p( n% `, a4 A\" {
  180.     }
  181. * R2 p% V  n' Y1 G* v5 Z 6 {8 c* S' ]6 s
  182.     sum = 0;, X0 G$ E1 N, Z
  183.     for (j = 0; j < NEURON; j++)
  184. ) G! W2 [\" W3 L' `2 x        sum += Wbc[0][j] * LbOut[j];( \3 y, w- ~: j( c
  185.      
  186.   ?9 k& I/ N, U    LcOut[0] = Fx(sum);
  187. 1 `( Q$ w2 f' ~     
  188. ! J! U: W% I6 w) e! h9 R, R    return LcOut[0] * (MaxOut[0] - MinOut[0] + 1) + MinOut[0] + 1;8 ^, Q- K$ x9 T8 e! \2 p4 U) R
  189. / i5 K+ F4 t) _
  190. : O4 r5 Z* z5 S$ D
  191. }3 Z& H. d( K4 ^6 G
  192. void train()
  193. 3 @8 h/ A3 |9 D  H{) |7 \$ i' ^0 I/ e! v
  194.     int i, j, no = 0;
  195. 6 h) m% \( Y, E3 U( d  q; w% K9 {    double e = 0;9 j% A; \  m4 a/ D
  196.     do{
  197. 7 H7 Y5 Z, \: h% N9 P3 o0 Y        e = 0;1 F# L: G3 i- S* [1 y1 y0 P5 o3 c
  198.         for (i = 0; i < DATA; i++): r& l4 w! U$ a: s; A  c& s' P
  199.         {
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