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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!* Q2 b6 A& r; i+ V
ps:不要吐槽语言。我知道这是c c++杂交体。
  1. #include <stdio.h>. V. B0 V* v2 W9 V; M% m
  2. #include <time.h>
  3. + g' t+ i3 T2 C; l3 m; x\" o* Q#include <math.h>
  4. 5 C; N  q* C& J\" f#include <stdlib.h>
  5. ! a& H4 H/ p1 w\" }1 T4 z#include <iostream>
  6. ( \6 X: d, T/ e, |! J- lusing namespace std;1 Z8 y0 ^, x( r: n
  7. #define DATA  800$ U0 G% ?. g1 h5 ]* o
  8. #define IN 2
  9. 1 A$ F% S4 U  I* E& n0 J+ L#define OUT 1
  10. : }9 L6 X3 I! B( C: @#define NEURON 45, E0 A! L4 _+ [( a9 [
  11. #define TRAINC 20000
  12. - Y! c5 W. ~% N3 ^
  13. 7 _* n; G5 P/ G& X# c- Odouble Fx(double x)2 m& ?' X: W' h: a9 e; }6 D) U/ z
  14. {& K9 q8 w5 |& W6 R( Q
  15.     return 1 / (1 + exp(-1 * x));
  16. 2 M* V\" O) l4 W3 i- G}
  17. $ @4 z) `) r# z* j* I# t% x+ w//La输入层  Lb隐藏层  Lc输出层
  18. 5 n* w$ c8 ]. B+ o//样本输入2 q7 _7 r- {2 v# k/ J% `1 p
  19. double La[DATA][IN];
  20. : p' u* D! l2 @. w6 W( S5 N//样本输出0 m6 i2 U2 W, h) b
  21. double Lc[DATA][OUT];- K3 O# ^& M4 q0 u! c' `
  22. //La->Lb权重0 a8 |7 f. Y  ~- `' E
  23. double Wab[NEURON][IN];
  24. \" J8 L! @$ P. F# ~//Lb->Lc权重
  25. : m4 ]/ s% A- ~$ ~2 Vdouble Wbc[OUT][NEURON];\" e\" I. ?5 {$ m. f
  26. //样本输入每个向量的最小值,最大值;输出...' y7 T7 X3 B% L
  27. double MaxIn[IN], MaxOut[OUT], MinIn[IN], MinOut[OUT];' [4 i\" @' w, F) j8 f\" [) {; l
  28. ( r6 V; o9 A+ m, I0 k& G4 F
  29. //Lb层输出7 v% I  Y! w; C
  30. double LbOut[NEURON];
  31. ! d. P  n: m- k//Lc层输出2 p' f) S\" }; A7 `; K
  32. double LcOut[OUT];
  33. 8 h. v+ X: E2 c3 O. B
  34. # t2 v' V! M( [% H9 I/ `1 w//Lc层单元的一般化误差
  35. - l. j7 u$ p- _; ddouble Dc[OUT];
  36. & a: z& L& w- ?+ g% U//Lb层单元的一般化误差
  37. ( d8 q1 g5 N3 p) adouble Db[NEURON];) ~- g( W; F/ i3 N( P% _4 m$ u
  38. 7 T3 I* B. y2 T2 o0 M/ v6 a
  39. //设置样本数据* B& F! P6 v; u$ c# n
  40. void setSample()! f# ~  T6 N/ t\" A7 C* r\" `8 @
  41. {9 y9 C% S1 s0 w! q- D
  42.     srand((unsigned)time(NULL));% a( f\" p, a1 A
  43.     int i, j;
  44. 6 k! y$ t  [, c, @    for (i = 0; i < DATA; i++)3 K1 L9 ?+ P  \) u9 w
  45.     {% ?. Q8 o% W$ Q. F, I7 r/ t2 |9 u5 s
  46.         for (j = 0; j < IN; j++)1 n* q; e# Z4 b% D2 T
  47.         {
  48.   o% c) ^) S1 S# f/ }7 v' C            La[j] = rand() % 1000 / 10.0;
  49. : A8 B- L. v' O        }
  50. & ^0 M1 C) O- z/ o 5 k; v( H* f- [5 D8 E3 `# C
  51.         for (j = 0; j < OUT; j++)- l, p! u8 }9 m7 c
  52.             Lc[j] = La[0] + La[1];2 {; b8 W  k3 s0 K
  53.     }
  54. \" M! K$ s+ G1 H2 G+ h. e}\" m1 @\" V2 R! y. P- q8 y/ o
  55. //初始化BP网络:权重,阈值(隐含节点+输出节点)
  56. $ ?; k. @6 S$ dvoid initNet()! e5 ^\" D1 ]$ k  D  E1 w- h
  57. {& n1 P/ @4 h: i
  58.     srand((unsigned)time(NULL));- K0 t  Y5 Y5 M* V+ w/ Q; \
  59.     //两部分的权值设置随机值【-1,1】
  60. $ m! I* e$ |+ f! O# u    int i, j;
  61. \" H* A& \- j$ q8 q\" O    for (i = 0; i < NEURON; i++)! o7 |# S/ r; Q1 S- w
  62.         for (j = 0; j < IN; j++)! O' K\" j1 v0 N
  63.         {4 F* O/ j\" \6 j* f* i* h5 y7 N
  64.             Wab[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1 ;
  65. ! i5 J( L# ?* _) T: m            Wab[j] /= 20;0 \. V2 Q2 K/ [4 G; s: V
  66.         }
  67. . y! C- k, h6 M, `9 P
  68. - R- x( H# Z# w; N* N- @& l( K# m    for (i = 0; i < OUT; i++)9 l2 r* R# s\" q& t- b9 }
  69.         for (j = 0; j < NEURON; j++)/ N5 U' O( Z$ k' k# |
  70.         {: C+ }, O: \5 u8 _: j* V
  71.             Wbc[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1;: p, L5 t& D2 c/ E+ i( X$ L# E3 b5 V' o
  72.             Wbc[j] /= 20;& [  V$ q' _/ T1 D' s6 N6 D
  73.         }  ?* N/ D4 e$ H/ A7 ^
  74.      & t7 e\" h9 ^( U. }
  75.     //找出每个向量最小最大值,并进行归一化
  76. # v* a$ h( ^$ [2 c    for (i = 0; i < IN; i++)
  77. \" p5 f0 y' U% Z    {
  78. ) z* F7 n9 t& h; R         ( i$ D# d+ s! c  z. [3 ~
  79.         MinIn = MaxIn = La[0];
  80. . S0 I* C5 T7 p6 x9 p7 }! I  S        for (j = 0; j < DATA; j++)
  81. / E: Q7 ?5 Q  Q  J5 m1 a# t! Z        {  Y5 m5 O/ }4 ]+ r( X5 m% q
  82.             if (MinIn > La[j])
  83. 3 P2 P* T& B9 h1 W; n- o! r# O                MinIn = La[j];5 \; o( \\" u- z1 w0 }: ?8 L  r
  84.             if (MaxIn < La[j]): j# x# l6 `' r9 P  u
  85.                 MaxIn = La[j];, N) ^' I; u+ [- p! x* e/ g0 h
  86.         }( a3 q- h9 f& w7 x  ^; R* U0 }
  87.      
  88. & ^8 }6 h/ e) z         
  89. 3 N6 Z' R3 N, f4 K7 Y5 k    }
  90. 1 ~; H8 }1 K7 I9 u% {% A% j
  91. 2 a6 ]! T2 V# q) Q4 Y\" q    for (i = 0; i < OUT; i++)/ J\" f5 l6 C/ Z- c4 k: G4 C& H$ I
  92.     {$ i6 y/ `, f, T+ e% S
  93.          , d8 X& ]# f$ i2 P; \+ w
  94.         MinOut = MaxOut = Lc[0];\" l- n! Q) i2 i% E% S
  95.         for (j = 0; j < DATA; j++)
  96. 2 u+ K7 ?+ ?( X        {. D- |0 {# X! s/ I! X/ `3 _
  97.             if (MinOut > Lc[j])4 w3 D; G( N  a/ I/ t/ n, A; T
  98.                 MinOut = Lc[j];
  99. 5 i* S& U1 P0 @9 t% B            if (MaxOut < Lc[j])
  100.   ~& u8 h6 j1 D                MaxOut = Lc[j];
  101. 8 p+ [# V! h* ~% M: [0 ~, _6 m! W. P/ ]        }
  102. 1 Z! U1 S1 R3 a4 n   p% @$ X7 h1 `\" r7 U
  103.     }
  104. 0 h2 V/ k6 c- z: p! P, c5 U 0 H$ ?* W! `& q$ O- C\" q' q
  105.     //归一化
  106. 2 Y5 ?% c; x4 Z: u' @7 [    for (i = 0; i < IN; i++)
  107. 4 \  [! U7 X$ u6 i        for (j = 0; j < DATA; j++)
  108. : r& T5 W% {# y: @$ r5 u. f            La[j] = (La[j] - MinIn + 1) / (MaxIn - MinIn + 1);; C8 S9 S; l, S- Z. q* U
  109.              * [\" b7 z( s( V9 m6 E\" P
  110. / X. u9 q1 J4 g+ A7 x
  111.     for (i = 0; i < OUT; i++)
  112. + d+ j1 n3 Z/ ]) T* J! b        for (j = 0; j < DATA; j++)& l- z! `! g4 b0 g; K7 B9 S
  113.             Lc[j] = (Lc[j] - MinOut + 1) / (MaxOut - MinOut + 1);
  114. / L; H/ A' E3 W' a  w) q3 m         0 i- [% v9 E9 \( L
  115.             
  116. 3 u) |4 P$ c( C* u# [5 v3 x3 e & w. M6 |\" M/ Z2 X\" T/ v2 e$ S
  117. }
  118. 0 }' j& u5 ~( w' b- q, Mvoid getActiveVal(int dataIndex)) i  {8 D( |+ ~0 B  C; S
  119. {
  120. 3 B* ~5 P  ]. W* r    int i, j;3 ?- B\" _. Y; D- C! Y
  121.     double sum;: i' \0 Q+ p# [) \
  122.     for (i = 0; i < NEURON; i++)8 s\" z' q  Y0 T! v, G9 n) p
  123.     {( E  B\" \! G8 m. H
  124.         sum = 0;
  125. % l& r( I  G3 i2 J        for (j = 0; j < IN; j++)- ^6 x$ Y+ p: k* Z! T
  126.             sum += Wab[j] * La[dataIndex][j];; E# n! I, t2 G- i8 Z  r7 M
  127.          
  128. & g8 }) w, b# S, e0 G0 S        LbOut = Fx(sum);: P8 W& u8 @4 G\" U0 R6 ^  O2 R5 U$ ], Z

  129. 6 h4 e2 X2 Y5 c! K    }
  130. 9 ]: K4 N3 h/ ~8 _$ p( N7 j
  131. ! p; B/ s) w' A$ n& y2 Q: U; ^    for (i = 0; i < OUT; i++)- \* W8 [6 n& J& Y/ K5 A% {/ q
  132.     {
  133. ' g5 ^3 `; Y7 F& [4 f        sum = 0;+ A0 g\" a  [% v9 {
  134.         for (j = 0; j < NEURON; j++). @1 z6 q/ P  O4 [4 ]
  135.             sum += Wbc[j] * LbOut[j];
  136. 3 j2 T. v( s3 p         1 V/ ?4 U+ g/ M+ T& [4 i9 ~* J
  137.         LcOut = Fx(sum);
  138. ! {& O1 J) w5 f* C    }
  139. 4 e- B6 r9 q\" m5 R  q% u: Z}
  140. ( n8 o+ {  x/ y8 O9 B\" s2 k3 L- wvoid backUp(int dataIndex)8 \/ ?: l5 [* N! d. c' O1 R' x# d
  141. {9 _8 n/ ~! ~1 e8 p: E/ o  z' v
  142.     int i, j;. T8 g7 y& @: S\" S! w; J; l  E
  143.     double sum = 0;
  144. % Q1 x# t# n. o6 i    //Lc层单元的一般化误差
  145. $ U) o3 v' `& a( t* _7 o    for (i = 0; i < OUT; i++)
  146. 8 }$ a$ N+ o% a4 v0 P: O\" O1 P        Dc = LcOut * (1 - LcOut)*(Lc[dataIndex] - LcOut);
  147. 0 b  ^\" W% @$ b& C- X/ O 0 k: j! Y2 _. E, C+ k) A) g5 R
  148.     //Lb层单元的一般化误差, s+ i5 E! R- Z\" k  ~! X; R% H
  149.     for (i = 0; i < NEURON; i++)
  150. ! S\" @, ^( L% J6 O5 w5 L0 f    {4 N  ~0 O( _$ Q  I% T
  151.         sum = 0;
  152. ( G% h0 @9 p$ Z8 g7 D/ n4 M        for (j = 0; j < OUT; j++)  n% i! C. P5 z% m, }% D0 n
  153.         {( ?+ G- d+ ^: @9 @
  154.             sum += Wbc[j] * Dc[j];) ?\" g: V5 U% t1 @; }4 k6 R
  155.         }! h; t\" c( U/ ^# R
  156.         Db = LbOut * (1 - LbOut) * sum;
  157. % O* ]5 j9 z+ \) A' F- c    }0 R7 c* e* }\" y2 d0 G

  158. / |( W; y. g/ k1 p) t) a    double beta1 = 0.08, beta2 = 0.1;
  159. 4 y8 g. p6 a5 V+ ^  g & S3 f- @: ^8 T; g0 y2 F. T) E
  160.     for (i = 0; i < OUT; i++)* O5 ^$ Q+ m# V8 l  ?# V0 W\" z; f
  161.         for (j = 0; j < NEURON; j++)  R1 h4 J/ _- s' q) H  f
  162.             Wbc[j] += beta1*LbOut[j] * Dc;$ W7 w% |. ?/ i

  163. 5 x& j6 T- H$ r# [/ Q, g, u6 a% L    for (i = 0; i < NEURON; i++)! s6 O2 X2 ?2 k6 f\" D/ }
  164.         for (j = 0; j < IN; j++)
  165. 6 u1 b, a# k: K            Wab[j] += beta2*Db * La[dataIndex][j];- _\" {* q  a% d\" [' U8 k* U, k

  166. ; \! g$ E! H& w: V1 D4 C5 x2 |1 K% {0 q     
  167. 9 B$ [0 j# B1 w\" W: a9 J3 [     
  168. % v+ h# o% @* Q$ C+ F. R/ j}
  169. 5 \/ w$ `4 V5 Z2 N1 V2 ?+ s! M- \' ]  f
  170. ! F, D9 ^9 L: w, _/ R! K$ \0 N, D- rdouble result(double d1, double d2), o) n5 J5 @, f! k( ~) O
  171. {
  172. ! T& K+ o* x/ n% w    int i, j;* H\" t* H1 `: j( U2 B. b
  173.     double sum;, r4 @, K( U\" m5 ^7 V8 [( T5 t2 q
  174.     d1 = (d1 - MinIn[0] + 1) / (MaxIn[0] - MinIn[0] + 1);;
  175. # e4 U/ c4 G5 [$ v7 z6 ~, l) H    d2 = (d2 - MinIn[1] + 1) / (MaxIn[1] - MinIn[1] + 1);, V- m8 I8 ^4 ]! ^+ q# N0 N
  176. / E! u; R1 _+ X( ?5 S5 z
  177.     for (i = 0; i < NEURON; i++)# r+ |  k8 F, M; w% B
  178.     {
  179. ! {6 F' ]* s* D; h        sum = 0;         ( D: ]7 _/ o# b; F\" L, ?
  180.         sum = Wab[0] * d1 + Wab[1] * d2 ;
  181. 6 X. H+ @  X\" y8 w% S3 c; K, q' g\" @        LbOut= Fx(sum);! o: R8 C* s$ j8 d+ s\" T3 q8 O
  182.     }; g1 u/ E- j9 d, \& P
  183.   O3 G8 |- c, c
  184.     sum = 0;- z# {( e# v\" h+ a7 _& g
  185.     for (j = 0; j < NEURON; j++)
  186. * A% J+ T3 ?3 W$ m; |8 u5 z\" q        sum += Wbc[0][j] * LbOut[j];2 ?' V0 P( W1 N+ d9 _0 Q
  187.      
  188. 9 H$ o5 p* ~) ^) |. b6 h    LcOut[0] = Fx(sum);
  189. + m) Z8 b% |9 ~     
  190. 1 M\" t( S0 H% s4 G    return LcOut[0] * (MaxOut[0] - MinOut[0] + 1) + MinOut[0] + 1;
  191. 7 L$ |( C  d  H' w: K0 I  p- {/ W/ l
  192. ' l; I# [* \; h( u\" d
  193.   ^9 k9 G$ g' Q/ e; q}; f1 Z( C$ t9 D% O\" ]& i; ~
  194. void train()
  195.   D/ G! p0 ~  x! a# \{0 H+ b1 E; f( ~: p4 \, p
  196.     int i, j, no = 0;
  197. \" {# Y% D# X% a2 {    double e = 0;
  198. 1 L# L6 g6 M' y3 h, P    do{
  199. & Q  u$ @+ J- {1 a9 T        e = 0;
  200. : D; D2 h: _( v- F        for (i = 0; i < DATA; i++)
  201. - V! P3 k. y: P* m        {& d7 u/ G\" s$ }6 ?8 m
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