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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 |正序浏览
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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!; O6 M& W+ [/ r
ps:不要吐槽语言。我知道这是c c++杂交体。
  1. #include <stdio.h>
  2. - S* p  M& X, |#include <time.h>
  3. ! }/ X( S8 J9 b2 S! q; ^/ h#include <math.h>
  4. ! O- @9 Q- u$ N3 i, A#include <stdlib.h>: x3 N\" e# z7 X& w! S
  5. #include <iostream># {3 c% ~\" E/ P! ?7 ~
  6. using namespace std;
  7. + \% F% a2 a( A1 M6 v#define DATA  800
  8. ; s0 ?! R+ D3 D: c#define IN 2, Y0 B  C) M6 ]6 n
  9. #define OUT 1, j7 y/ _% _5 i, S/ H# K
  10. #define NEURON 45
  11. ' f1 }3 q0 G: @, s#define TRAINC 20000
  12. \" s* u* K\" h\" P$ N: Z& V 7 P\" Z  m3 Y* Y1 V8 _1 }
  13. double Fx(double x)! R3 X! J+ g5 T% J% g* q! j: s
  14. {5 U' x2 c- W  n6 U( i1 D9 }\" ~6 l
  15.     return 1 / (1 + exp(-1 * x));
  16. : R+ {0 H3 o1 F) @/ N4 P( r}
  17. & N* V* G; j, l* X9 M7 K//La输入层  Lb隐藏层  Lc输出层2 i, q9 N$ u1 w4 r' s8 ]- ~6 G\" U
  18. //样本输入
  19.   b6 ?1 w% r) Q, [double La[DATA][IN];
  20. \" f& U  N% p: m3 S! a+ `//样本输出
  21. 7 x\" D& T' q6 N5 g  Fdouble Lc[DATA][OUT];/ E6 _; z2 |+ p. q8 w
  22. //La->Lb权重* t6 b/ g. H# w& V% k+ `7 i& M, O9 O
  23. double Wab[NEURON][IN];3 o3 |( ~* {6 D0 S
  24. //Lb->Lc权重
  25. ) G/ y# j. _3 |! Sdouble Wbc[OUT][NEURON];: n7 V8 z: S& J& u) ~
  26. //样本输入每个向量的最小值,最大值;输出...
  27. ) e, P; ]. o( ~3 a; F5 }double MaxIn[IN], MaxOut[OUT], MinIn[IN], MinOut[OUT];# ^+ S2 n( @; h2 i. o' p

  28. , z, B' W  K, c# Q6 c//Lb层输出/ o' v; ]. {7 S, t- D' B
  29. double LbOut[NEURON];
  30. - K2 Y- J3 F5 b) b- F0 l: X//Lc层输出
  31. 8 |1 X7 F# X3 [\" c; Gdouble LcOut[OUT];) }' j* J9 I7 `$ A

  32. 6 M- h2 X0 q% A3 q* f1 C0 N//Lc层单元的一般化误差; o: o3 \' ~2 ^\" M* `1 w
  33. double Dc[OUT];
  34. ) J# x% p! }6 \- K( R$ E( c$ m//Lb层单元的一般化误差
  35. + f0 E: c+ v+ Q' h1 T: A1 cdouble Db[NEURON];! ?\" h/ L: u- O6 b
  36. . N- L$ u\" W7 f& r
  37. //设置样本数据
  38. ! V$ M+ i7 [7 ]2 }8 z: Zvoid setSample()
  39. , o  Q; v- W8 C9 d1 r{
  40. # H: j2 a2 b& n$ G    srand((unsigned)time(NULL));' Y6 V% t, f( X* }1 d* q- Y
  41.     int i, j;
  42. ' D# u$ C- Q9 L7 `, |    for (i = 0; i < DATA; i++)
  43. 7 p7 }' i1 V; g* p( d\" Q    {  ?0 k: Z+ ^. E
  44.         for (j = 0; j < IN; j++)6 F! R) |* K, ]% J7 Y
  45.         {
  46. 4 B0 ]4 E# n) A% C# N1 W$ x\" a            La[j] = rand() % 1000 / 10.0;
  47. - o( }* t* {, B1 ~        }
  48. 4 p/ l0 Q: \& t+ o9 P7 e2 _! H- B
  49. * T/ e8 G. s9 z8 D7 H* [; H        for (j = 0; j < OUT; j++)
  50. 3 ^& t  U, v# ^9 ?$ v- ?            Lc[j] = La[0] + La[1];& O8 x. K: o) R0 R, N- r
  51.     }5 E) {7 G$ q% A
  52. }
  53. 8 S. j2 ~6 |9 a1 C$ ?# U. E//初始化BP网络:权重,阈值(隐含节点+输出节点)
  54. 5 S' u, B6 M- Avoid initNet()6 I/ X) {* z  {/ |7 v$ C( u2 y
  55. {+ S' z2 N4 [2 j( }) y5 N
  56.     srand((unsigned)time(NULL));
  57. * A; {+ [. u! \+ X+ D' C    //两部分的权值设置随机值【-1,1】3 B) X/ ]8 F5 Z; Z9 c& {! d
  58.     int i, j;( @- l) s# w- ?4 @
  59.     for (i = 0; i < NEURON; i++)
  60. ! P& ?% O\" S\" U, T3 ~        for (j = 0; j < IN; j++)# W, h\" R, q# e8 v7 y
  61.         {
  62. ; O9 Q1 I3 q\" m9 Q1 ?            Wab[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1 ;
  63. , }- q. d2 K/ S# K4 M: m! n            Wab[j] /= 20;
  64. 2 F: l  n5 M# u1 Z        }1 R& d7 D- d1 z

  65. 0 T- d) v( D( |9 A    for (i = 0; i < OUT; i++)
  66. 6 ~- K; z4 }& |: T        for (j = 0; j < NEURON; j++)7 f8 v# t9 i9 Q
  67.         {
  68. ; h9 N\" X& G: C9 H\" |% ~* i            Wbc[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1;: `6 o3 v/ q7 D; L
  69.             Wbc[j] /= 20;
  70. 5 j8 X9 v- Z+ V9 B2 g# A        }
  71. # Q% i2 c2 v! p3 Y) l# M1 x     9 l: P\" V0 r& Y7 e4 z
  72.     //找出每个向量最小最大值,并进行归一化
  73. 1 c. d% j0 g$ b+ [    for (i = 0; i < IN; i++)
  74. ! i2 t8 g; q' q) ?% ~    {
  75. ) m/ ^$ u# ]6 N& b0 L         
  76. 0 l% X. l  ~4 Z        MinIn = MaxIn = La[0];
  77.   s/ x& X2 a4 G* s        for (j = 0; j < DATA; j++)5 s1 K3 J1 [4 h7 y
  78.         {( b7 Q/ ]$ n$ f0 U
  79.             if (MinIn > La[j])
  80. ) F! k% I5 @8 b. F9 j( l  K3 Z                MinIn = La[j];; r4 F0 Y0 v5 X. ]( }
  81.             if (MaxIn < La[j])/ t5 m1 C% v8 Z# V) k7 ~( T2 r8 F
  82.                 MaxIn = La[j];2 \3 x  }8 d5 ]9 W
  83.         }
  84. & R; S6 k4 u! H1 L% u* a5 S     
  85.   G1 B3 L, l1 r8 E5 m         
  86. ! \- {) @3 T8 \1 @+ d5 j9 ^/ x    }
  87. . h5 W\" Q6 P, v2 Q/ c- d5 D7 ` # e9 `  A& \( K- T6 [
  88.     for (i = 0; i < OUT; i++)
  89. 5 K; H* E! k( P    {7 A& D; ~3 _  ?/ a
  90.          5 p, I# o- v1 f6 H
  91.         MinOut = MaxOut = Lc[0];  ^6 d& A6 u6 O( q+ H, c. L
  92.         for (j = 0; j < DATA; j++)
  93. 6 I$ I$ ^* y* [! Y  e        {
  94. % y8 J1 B; K) F9 p\" J0 ^7 S            if (MinOut > Lc[j])
  95.   e8 e+ o5 G4 V% B1 i, a                MinOut = Lc[j];+ O- d; S$ S1 t
  96.             if (MaxOut < Lc[j])
  97. : ^9 \: U2 i6 P. v: }                MaxOut = Lc[j];! U$ K; r' U& H! e\" X9 B  c
  98.         }\" G9 j7 [) h9 y. C: Q- p$ T

  99. + j4 n6 H; X  q) ^/ Q0 V5 N, w    }
  100. , k7 O8 \  R: A# e: ~) V
  101. 9 a( \& w7 i8 t    //归一化; e& L7 i) A) ?) X
  102.     for (i = 0; i < IN; i++)
  103. : a  E2 n9 G/ S+ l        for (j = 0; j < DATA; j++)
  104. $ r% V  ^: y# S; f0 k            La[j] = (La[j] - MinIn + 1) / (MaxIn - MinIn + 1);
  105. 0 H3 H; ~# _  V* g  O2 N: \* @             7 u! j% l$ Z  p; s- ^\" ]; L9 b
  106. 6 D* H1 a; N# U; Z, q0 R0 n8 T/ H
  107.     for (i = 0; i < OUT; i++)
  108. $ r, O+ z' a' o7 _- [        for (j = 0; j < DATA; j++)
  109. % b& m2 V; P& w1 y5 E' j& ^( X            Lc[j] = (Lc[j] - MinOut + 1) / (MaxOut - MinOut + 1);. j3 L, }) q: ~
  110.          
  111. ) i$ y8 Y- t2 F, Q; Z             ! k, c. Q  H: V0 z
  112. * c& K+ A! Y+ Y# |. R
  113. }% w# l. f6 M( u6 a) U& ]
  114. void getActiveVal(int dataIndex)/ a: A+ P' R  ?7 Y8 j. X  S) [
  115. {/ f$ Q4 ~6 b. Z0 A6 i
  116.     int i, j;; [3 l% v6 O0 S\" `9 l
  117.     double sum;# z0 N! k! ~: z' ]
  118.     for (i = 0; i < NEURON; i++)
  119. 3 l. ~( x5 t' s9 b, e! F    {
  120. / v0 j! C. {1 @) c6 X8 D' x0 D        sum = 0;
  121. 6 q9 w3 R) i' R5 s+ R        for (j = 0; j < IN; j++)/ `2 e) r( z5 @: Y2 x' w. Z7 v, G1 o
  122.             sum += Wab[j] * La[dataIndex][j];' S8 g' h9 `6 N2 U! ~( L
  123.          ' i: @( z  [; h; F( N( z( }* a$ u& f. i
  124.         LbOut = Fx(sum);/ ?& L. M0 O- }$ Y( [5 A
  125. / X9 Q4 |7 v9 O. {% }3 H5 J. d
  126.     }/ O( U# m, t, H8 s3 a6 L: k1 n/ Y+ a, g
  127. 5 u: |4 K  u. U# S/ [1 u
  128.     for (i = 0; i < OUT; i++)' M8 b9 W, J6 `2 x) {3 X/ R4 ^
  129.     {
  130. % M) @, N\" ?! h% z\" f$ e        sum = 0;
  131. 1 L$ f# {( ?% \1 o4 F- t& t        for (j = 0; j < NEURON; j++)
  132. $ \+ X$ g4 x. k* E. T            sum += Wbc[j] * LbOut[j];+ |9 U\" v# ~' T0 z) `
  133.            A# t* v. m4 {. V+ S) G- @
  134.         LcOut = Fx(sum);
  135. 2 x\" H8 i% B0 G. i) z8 Y- Z    }
  136. 6 L+ M' ]# Z1 c4 z9 G: ~}, i, {9 A; _, W: m# b
  137. void backUp(int dataIndex)
  138. ; J! C- Z  \  e$ F4 ]' J{9 o' z4 w) c- ?, J9 J
  139.     int i, j;
  140. 2 K1 o7 U1 }9 h% P+ S    double sum = 0;
  141. 5 L( v5 @9 H7 T( B    //Lc层单元的一般化误差
  142. 4 J4 Y. u7 a/ {$ k, v0 B. Q+ W' A    for (i = 0; i < OUT; i++)
  143. - p3 P/ |2 C, q* m& ]* V        Dc = LcOut * (1 - LcOut)*(Lc[dataIndex] - LcOut);
  144. 4 o* H0 i8 T$ B2 |' v
  145. & V\" x: ~+ u% N& M    //Lb层单元的一般化误差
  146. ; x) ~\" N. I$ ?  R1 a0 H0 y    for (i = 0; i < NEURON; i++)/ y. B; \5 }4 `  ], w
  147.     {0 \\" L7 I% {- k2 H: u' O2 l
  148.         sum = 0;
  149. ) [% W8 d& g$ k9 d% ~$ g3 D7 E        for (j = 0; j < OUT; j++)- _, E0 N5 z5 ~4 }9 X. L- l
  150.         {
  151. 8 x6 _1 M' [6 u8 b+ B            sum += Wbc[j] * Dc[j];
  152. + C8 l4 d; v5 r: ~        }7 H$ E- F/ P* ~4 }
  153.         Db = LbOut * (1 - LbOut) * sum;9 Y: l3 }, `$ W0 x
  154.     }
  155. ! c. C1 U  D. \2 c( v# g- m1 g . u' i8 ~' T\" r, h
  156.     double beta1 = 0.08, beta2 = 0.1;6 ], y1 z/ j) v+ a6 O
  157. 3 e! F: y' t# c5 E/ M' t
  158.     for (i = 0; i < OUT; i++)
  159. & o) T6 _- M6 l! `7 V        for (j = 0; j < NEURON; j++)
  160. # O) T* n$ p% N9 Y( b' l! c) H            Wbc[j] += beta1*LbOut[j] * Dc;& _5 b  H* z6 j. T
  161. # t\" d0 ~. \& w* Z' I
  162.     for (i = 0; i < NEURON; i++)
  163. 9 b' [$ ?- x! T* o        for (j = 0; j < IN; j++)
  164. / s0 o& x8 L2 Y- v3 H\" x            Wab[j] += beta2*Db * La[dataIndex][j];
  165. * ^5 x( s/ S! A% \: P8 \; N( v+ {8 T
  166. 4 Z7 a2 K/ s7 K4 i3 l     
  167. 7 P& D4 t( r% ?     
  168. ' i. s. w0 _- E7 a}% K' @, t0 D; u1 E; |

  169. ! b& J& m. [& e1 r\" edouble result(double d1, double d2)
  170. 6 ?5 ]: q* X. \# B4 z2 U' D- o{+ {  f. Y( W3 I* }8 d+ v  x
  171.     int i, j;
  172. . `# T. l' _6 W! q, y    double sum;
  173. ) k) ?3 o\" O, C    d1 = (d1 - MinIn[0] + 1) / (MaxIn[0] - MinIn[0] + 1);;
  174. % E( Z6 O: f! O$ S    d2 = (d2 - MinIn[1] + 1) / (MaxIn[1] - MinIn[1] + 1);
  175. ( J. i3 J, [\" y, B\" [& N
  176. ; W5 T5 Y) E2 `/ O$ {6 {    for (i = 0; i < NEURON; i++)( b% S5 ?3 S* |: |$ m1 A
  177.     {
  178. - N8 R/ Y3 }! n# C- Z        sum = 0;         
  179. 4 p1 \/ T4 G( }5 S7 @! }* Q        sum = Wab[0] * d1 + Wab[1] * d2 ;& _# s# q' a6 _\" B$ Z
  180.         LbOut= Fx(sum);
  181. ( N& B+ d+ a0 X! J! V* M9 n    }
  182. ( ?/ y% Y7 ?3 }9 J7 t5 j! v* D( S( z 3 O* \; j# s3 Z1 C9 R/ b6 I
  183.     sum = 0;
  184. ) H6 {- ~# x* s$ }    for (j = 0; j < NEURON; j++)
  185. * W* _$ e  ^8 h        sum += Wbc[0][j] * LbOut[j];# n2 }$ i& S9 q* J% H( V. G
  186.      
  187. & g. X/ F/ K  k$ P    LcOut[0] = Fx(sum);
  188. & d\" I  p) A  H( B, o     
  189. ! j8 G9 E* x3 K! s' k9 Y6 E    return LcOut[0] * (MaxOut[0] - MinOut[0] + 1) + MinOut[0] + 1;
  190. . ]# H( }7 R% D; z\" a
  191. * z7 L2 X% Y- M4 ~# u' D . k4 d* ~: w, B
  192. }+ \8 f  c. p8 s4 A# E
  193. void train(); S9 ^( i7 p3 P1 s$ u8 t2 j
  194. {
  195. ( s: @. [% S. M) q# Y: R& J. Y    int i, j, no = 0;3 a; w5 Y  l& G; M
  196.     double e = 0;1 @4 H; U# n+ N
  197.     do{3 p0 x; `. d! c. m9 C
  198.         e = 0;& s, [. Q5 g% d* v\" k
  199.         for (i = 0; i < DATA; i++)# F/ T+ I) b4 Q% f& j
  200.         {+ X1 w1 M5 g6 N1 m7 i
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