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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
|招呼Ta 关注Ta
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!
# m! ^; \2 |2 U! C3 ^: C2 U5 K  Bps:不要吐槽语言。我知道这是c c++杂交体。
  1. #include <stdio.h>: L  t! y/ a. n\" ]
  2. #include <time.h>
  3. + {( k( |6 I+ ^3 f! Y. e$ S#include <math.h>* X+ m$ Q0 O$ A( H* W6 F3 o
  4. #include <stdlib.h>
  5. ; n! M$ v( w8 L5 n' @#include <iostream>
  6. / N) B2 r3 G$ Uusing namespace std;  \. I+ Y+ Z7 w
  7. #define DATA  800$ P$ i7 B9 E, ~) p- |* Z% _
  8. #define IN 2: Q# o% m  `5 b\" I5 b6 ?
  9. #define OUT 19 N$ E# _' m) v$ C+ Z
  10. #define NEURON 45/ a$ a. _( ^7 s& _0 m
  11. #define TRAINC 20000
  12. % a! N4 J\" c% v9 [0 W
  13. $ f- V. B5 B/ ~0 g: t) jdouble Fx(double x)7 k- r/ l- v2 q& _6 W+ W
  14. {
  15. * ^! j4 Z2 R* _+ V9 s/ B; D4 `    return 1 / (1 + exp(-1 * x));
  16. 7 P; X3 l! Y2 e}
  17. & P$ [: |% l+ m5 r8 [//La输入层  Lb隐藏层  Lc输出层
  18. / `0 r3 L* |8 A. S//样本输入4 N/ {& `\" w4 x* E\" J; L
  19. double La[DATA][IN];
  20. 7 ~2 j0 j' p1 X- r//样本输出: b. P3 S  L4 ]4 y( w) P
  21. double Lc[DATA][OUT];; |6 ^, |0 i3 `% g1 F\" E' f  h
  22. //La->Lb权重- E5 [: U/ s6 m. w
  23. double Wab[NEURON][IN];, k6 d% {- V* Z. l+ H
  24. //Lb->Lc权重0 @: E  l+ p1 u5 w' b3 E/ G
  25. double Wbc[OUT][NEURON];
  26. ! M, a0 o1 o8 j' [) S//样本输入每个向量的最小值,最大值;输出...
  27. / A2 x/ E) o3 L- c: r/ j* Adouble MaxIn[IN], MaxOut[OUT], MinIn[IN], MinOut[OUT];
  28. $ F! B) S6 a; ^6 S4 @
  29. # T  T$ p! a8 \//Lb层输出' Y8 T, v- Q- J, K) b. i
  30. double LbOut[NEURON];
  31. 9 d: Y2 S; o4 b. M4 I! V* U//Lc层输出
  32. 8 T  u4 W( e; B/ |double LcOut[OUT];0 ?  |# q3 W, J# H( E. q+ b
  33. ( ^+ K# C1 Z: h* i- Z8 I
  34. //Lc层单元的一般化误差! }: y% M7 ]$ R
  35. double Dc[OUT];
  36. ( \( G# m5 Q4 w4 R3 K//Lb层单元的一般化误差) x* [1 p. C1 B
  37. double Db[NEURON];
  38. . j' s4 |! ]4 a) ~# {  r , H6 k. {( [  _, n; ~; O, y- k
  39. //设置样本数据
  40. - f$ z7 k$ b' H8 ~void setSample()
  41. 9 c# X\" ?( |8 o$ l& B{  Y1 N  \1 R# d' O
  42.     srand((unsigned)time(NULL));
  43. ' Q1 I% }7 D  s$ r4 r    int i, j;
  44. 4 ^# ]1 z9 o9 X4 f4 J\" E$ s    for (i = 0; i < DATA; i++)
  45. * C) ?& y6 o' o0 d0 F. D& P    {
  46. 9 ?7 x/ p' z* ^2 _* x& ~        for (j = 0; j < IN; j++)
  47. ' z9 l5 O; O& p- e        {) I0 N  M5 F3 q) W& f$ t
  48.             La[j] = rand() % 1000 / 10.0;
  49. 8 P  ~\" v4 y. ]) V) x3 t8 j& l        }
  50. * t' @: c* X5 Q+ y9 `' r' k4 H
  51. ' w( B& r# ^8 m) X( \        for (j = 0; j < OUT; j++)! f\" ]0 Y9 \0 C  G( H* c8 f8 v
  52.             Lc[j] = La[0] + La[1];0 `! L6 t2 b2 a: E2 ~4 z/ w% h
  53.     }
  54. \" ?+ |/ g6 y0 c\" @}
  55. / r% E3 L& x6 ^# G3 m//初始化BP网络:权重,阈值(隐含节点+输出节点)/ b& L' c/ p) w8 V' F: p
  56. void initNet()
  57. / u, ^  D% v. r) ]8 e{
  58. 3 K* c\" A) N8 _9 I. R# W    srand((unsigned)time(NULL));# S8 q1 r0 p5 ~3 C/ X
  59.     //两部分的权值设置随机值【-1,1】
  60. . ]% \: I5 E+ L    int i, j;6 ~8 S# ?  _0 a+ \1 n0 A\" @  Q
  61.     for (i = 0; i < NEURON; i++)/ E& S: ^5 n3 n  Y8 }) d
  62.         for (j = 0; j < IN; j++)
  63. 1 Y) ]4 x3 Q( a  C\" s        {
  64. ( M5 `# Z( j+ H            Wab[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1 ;# r. k2 ?! `2 N8 V7 `
  65.             Wab[j] /= 20;( j8 k3 z* }\" }( @! L! l\" T
  66.         }
  67. 3 Z& p, w) Y5 l, Q; ~# d7 X & x& s/ U; X. b6 P# n  m
  68.     for (i = 0; i < OUT; i++)
  69. % s0 v- }+ \& ]0 V        for (j = 0; j < NEURON; j++)
  70. ' ?. @/ I& l0 I        {
  71. $ f$ d0 J% {/ w# R) X% H4 ?! S            Wbc[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1;* T/ {# c' H+ W
  72.             Wbc[j] /= 20;
  73. 1 [: ?0 F) a1 h! V8 k) j        }
  74. & o: P+ o% K. Z9 A9 C, C# k' u     
  75. 0 Q. B- G6 B! s; i6 Z% {: f    //找出每个向量最小最大值,并进行归一化
  76. 8 p9 W. ^  O+ A& K\" ~    for (i = 0; i < IN; i++)* k; \5 i1 J  |' Y' B* y/ g& ^9 Q2 `+ o
  77.     {2 p, r) y; `7 Z7 J, t: n: ?
  78.          
  79. 7 c* k  T/ o+ ?( `4 q7 x8 J        MinIn = MaxIn = La[0];3 q0 c* @# [# [& n
  80.         for (j = 0; j < DATA; j++)
  81. 1 }1 o8 \& V; u- X6 D        {4 A  X6 l% q; K/ C
  82.             if (MinIn > La[j])
  83. 5 a5 N* }1 w0 ?# J$ Z* c3 E                MinIn = La[j];$ E( \( B! j9 f6 p9 J
  84.             if (MaxIn < La[j])
  85. # V* ?0 R% j+ j& X                MaxIn = La[j];
  86. * g' l2 h1 Y8 x% \! [        }
  87. 2 @7 X5 I% H$ N& N0 @. V     2 a! _2 `- k5 z8 A$ h$ \
  88.          
  89. 7 G4 Y# n0 F1 w3 z$ Z    }
  90. - J$ Z: h, }/ a, l  _
  91. 1 {; N# C. J  A0 c    for (i = 0; i < OUT; i++)
  92. 5 e! M/ ]: M1 }2 K, @    {: ^5 B' Y7 O+ i: Y8 s& ~) }  T
  93.          ! m5 X) S% K& A. b* y% A# X
  94.         MinOut = MaxOut = Lc[0];
  95. 0 b  p% K\" E; s        for (j = 0; j < DATA; j++)5 J! V) ]& n6 N  o9 J
  96.         {% l& b' V7 v. W# L2 i* y) F\" e
  97.             if (MinOut > Lc[j])* e& o/ d* d. |2 P/ m4 R; F, m
  98.                 MinOut = Lc[j];+ k2 M( A. }/ l6 q+ g( b' X
  99.             if (MaxOut < Lc[j])9 `7 s+ t, V8 `! g/ ~( A8 P9 m
  100.                 MaxOut = Lc[j];  D% P( Y& {$ I; G9 X
  101.         }
  102. 0 [1 k$ K1 F! L3 ?! W ! f6 q/ ?8 J; e/ ?2 W0 _  O
  103.     }\" ^+ V2 ]: c+ Q1 j- s2 Z0 B
  104. . _5 m) u9 }+ H% x9 m$ i
  105.     //归一化3 ~4 j8 T' W* w! M7 Q
  106.     for (i = 0; i < IN; i++)
  107. : j4 b0 t* T2 h\" ]        for (j = 0; j < DATA; j++)
  108. ) m1 \2 n, {  }' O  m            La[j] = (La[j] - MinIn + 1) / (MaxIn - MinIn + 1);. ~# w; P\" T& J1 d: P7 q# k! B2 j
  109.             
  110. 1 T5 c1 W  m' F\" H, s* Y1 I) w
  111. 8 l: `' ~/ k4 R1 o    for (i = 0; i < OUT; i++)- Z1 E) O\" ^( \. Y
  112.         for (j = 0; j < DATA; j++)$ n6 F4 f; P% J* B
  113.             Lc[j] = (Lc[j] - MinOut + 1) / (MaxOut - MinOut + 1);: J/ h3 z  f% K. |/ B4 e
  114.          9 J4 R$ y/ q: V6 U5 x* \$ q0 ?
  115.             
  116. . K5 ]\" ^* S' T2 t 5 o& x; _5 {& u* ?  W5 a
  117. }+ I' h: K- X7 N3 z( R
  118. void getActiveVal(int dataIndex)
  119. ' O5 _& _\" l! P. a8 }$ ]{) e  {0 {% }1 v! V& x
  120.     int i, j;
  121. . \# f6 D$ [& T2 i3 X8 s( b    double sum;
  122. . Q( R. {7 v: |9 o    for (i = 0; i < NEURON; i++)
  123. ' b4 ?# R$ s+ d8 v    {
  124. 7 Q' }3 J8 ?& p& c3 b1 w& z        sum = 0;1 p7 P; _: }, q1 ]' y, I\" O\" y\" k8 x; ]- j
  125.         for (j = 0; j < IN; j++)/ N2 ~8 M/ [7 X\" G/ u5 u% [3 R; I8 W5 u
  126.             sum += Wab[j] * La[dataIndex][j];
  127. & _7 {4 Z# f& Q9 w6 M, h           @3 i# k3 ^1 R) p. b; x% i
  128.         LbOut = Fx(sum);' O; C' E( i8 N
  129. 0 Z& d% n3 [9 G
  130.     }
  131. # l3 C. j+ m5 S$ e1 j/ s1 u; x
  132. 2 E/ G( A( e7 Y9 J$ V    for (i = 0; i < OUT; i++)
  133. 2 q) {0 j9 s4 l. b! n0 V; N, W' A- _    {
  134. \" R- L$ l; x  X0 o+ l4 `9 h        sum = 0;5 b# Y. q3 v' p, t
  135.         for (j = 0; j < NEURON; j++)7 t& ]  F/ y3 |* `' I& a
  136.             sum += Wbc[j] * LbOut[j];/ p& ]\" M+ M\" D, H1 w
  137.          / a4 R/ O! c6 C
  138.         LcOut = Fx(sum);8 ]+ B! F% a3 R7 J- `
  139.     }4 o+ n8 A: Y6 J2 T
  140. }
  141. 7 s/ d1 N' v7 Y3 G# P+ ^5 hvoid backUp(int dataIndex)
  142. # W5 [* X2 i' o# w- k{( A$ i1 z& |' ]5 E
  143.     int i, j;8 I- ]; x8 W# p\" W' g. k
  144.     double sum = 0;\" X. p& Y! |# g7 _$ F  U9 w
  145.     //Lc层单元的一般化误差
  146.   r. L: t: W; ~\" j6 _$ q) i    for (i = 0; i < OUT; i++)
  147. 0 c0 C, j( u( k1 X) o        Dc = LcOut * (1 - LcOut)*(Lc[dataIndex] - LcOut);
  148. * B& W( j2 p( N' V & ]1 _0 t. }2 A' U9 P
  149.     //Lb层单元的一般化误差
  150. 2 V2 [1 r4 S4 s- C) O) Y  k) w    for (i = 0; i < NEURON; i++)
  151. & x/ L* f9 C% D4 E; H& d4 D    {
  152. ; {, t: y3 @6 U6 {        sum = 0;1 r: E7 ~3 @( v# i
  153.         for (j = 0; j < OUT; j++)
  154. # {  ~% Q# L' v/ {( \: H4 j3 {        {2 f( a6 ^# J( D5 \: `' U2 P. p2 L3 g' ~/ `
  155.             sum += Wbc[j] * Dc[j];+ O* w, G* E( B* t2 h) z0 S5 A
  156.         }# E  i  I8 p7 X7 c1 F1 u
  157.         Db = LbOut * (1 - LbOut) * sum;( Y% R2 `) X# U( L! A
  158.     }/ Y( o9 ?\" b$ W  o: P1 G

  159. ) t2 p# W5 c& w$ o% n! N    double beta1 = 0.08, beta2 = 0.1;
  160. $ Q! n+ q( u% G) l : G- k- I3 o. `4 Y4 @& ], a; J
  161.     for (i = 0; i < OUT; i++)  K( `# h9 s& E! L$ O: i9 b
  162.         for (j = 0; j < NEURON; j++)
  163. 3 Z; t* J% u1 ~4 f            Wbc[j] += beta1*LbOut[j] * Dc;
  164. . B4 x, q3 _. o; O # b7 v: u6 ?. [# H6 i( s5 Z
  165.     for (i = 0; i < NEURON; i++)
  166. 1 A\" {1 F8 a3 N& ]! [4 C9 j        for (j = 0; j < IN; j++)
  167. # Y/ q8 [. R& }4 F; u/ a* n/ I8 I            Wab[j] += beta2*Db * La[dataIndex][j];
  168. 9 g' V, N% f9 ~$ ~1 K# M
  169. - Z5 L6 {  U4 Q/ v     
  170. 0 Y1 B$ K& m$ X2 H\" l! u     ; E5 V+ R0 b- }3 A$ k
  171. }+ A1 g: P. h' G\" r6 [  E/ G

  172. 4 ]\" B8 Y$ F5 a8 adouble result(double d1, double d2)
  173. . H* I\" J% z3 U{
  174. ' F. v% S+ }# m! H& f2 {    int i, j;
  175. , @; U* K8 M7 `* z    double sum;
  176. - _- f\" b) Z1 Z4 O3 r    d1 = (d1 - MinIn[0] + 1) / (MaxIn[0] - MinIn[0] + 1);;. g) W# n: l\" O4 ~! D
  177.     d2 = (d2 - MinIn[1] + 1) / (MaxIn[1] - MinIn[1] + 1);/ r- q' |4 v4 g7 Q0 m+ p

  178. / P7 v0 W1 }- M+ t    for (i = 0; i < NEURON; i++)4 W4 \( t/ `9 _
  179.     {
  180. 6 g8 e& F1 v* ]7 _        sum = 0;         . n4 o. K1 `, @+ o7 J
  181.         sum = Wab[0] * d1 + Wab[1] * d2 ;4 j7 q: D# ~6 k
  182.         LbOut= Fx(sum);
  183. ( R/ [  ~: ]8 d6 s1 k# P: S8 _    }
  184. 6 G5 r3 r7 _# s- P! m3 l ) K5 n4 B5 p, j5 m$ H' Q; ^\" W9 ^
  185.     sum = 0;& y5 v$ ~- S% p\" z0 ]& q
  186.     for (j = 0; j < NEURON; j++)
  187. 4 p$ Z3 @4 [5 a. A2 v4 d. ^        sum += Wbc[0][j] * LbOut[j];3 {+ C9 e$ [/ o2 j( X) g
  188.      9 Z\" a- n, ^- `
  189.     LcOut[0] = Fx(sum);# l) j% q  K8 t$ p\" q. e7 C
  190.      4 y' g' X0 h4 R9 R
  191.     return LcOut[0] * (MaxOut[0] - MinOut[0] + 1) + MinOut[0] + 1;+ e! @! e4 E8 P6 M3 @5 n4 U5 z

  192. 5 B' v2 S( ^4 Z# o) _# j2 ~: j0 D
  193. : K2 G+ w0 p# p}* J+ _, T- H9 q0 f6 V8 K9 t
  194. void train()
  195. 7 P/ \$ p( L8 W( ]- t7 o{
  196. 1 V6 O. j2 |, E, ^7 K& E    int i, j, no = 0;
  197. + w; j+ P7 i7 L    double e = 0;5 H/ R\" u4 M1 |3 C9 G. H$ y  Z, G0 i
  198.     do{: f3 u& m) O5 V5 `: W
  199.         e = 0;
  200. - z) R* i' K9 q% x' }/ k        for (i = 0; i < DATA; i++)\" U6 B& q. M1 @4 N& j
  201.         {
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