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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!
% h# I- \* T5 U0 n; kps:不要吐槽语言。我知道这是c c++杂交体。
  1. #include <stdio.h>6 `+ C) a3 T  t7 |1 @
  2. #include <time.h>
  3. ! @$ n8 u- s* {& p0 _#include <math.h>& q' G3 u1 N* G6 z8 ~1 [
  4. #include <stdlib.h>. L6 W7 Q3 W( \5 j3 {5 {' E
  5. #include <iostream>2 m9 I& h+ }$ }4 O6 e' X+ h
  6. using namespace std;: f- }# T0 ^. ^* z# o& \* ~
  7. #define DATA  800
  8. 5 d2 B! u6 k( o# q6 ^7 _* T9 u/ w#define IN 23 v: D) K+ ]\" w0 x9 v0 p9 O# i
  9. #define OUT 17 U% r  R7 f2 A! Y6 i6 `/ p: d
  10. #define NEURON 45. H: x: ?- N( M5 E2 s4 S# B& U+ n
  11. #define TRAINC 20000
  12. . L9 F1 v0 Q+ [! O
  13. ! {+ o  c+ y& Vdouble Fx(double x)
  14. 4 w; l0 u' Z- B9 \5 p. u: M& ~& m( F{
  15. ( V0 g9 O\" t7 b3 L& v    return 1 / (1 + exp(-1 * x));* \5 s, Z' b. @9 a' V9 }
  16. }
  17. ) N. c1 v2 }: S: T$ J. L8 h//La输入层  Lb隐藏层  Lc输出层
  18. 5 T\" o7 l, P' I% p//样本输入& ]8 \5 Y- G$ F& ~. P! g$ G3 J
  19. double La[DATA][IN];
  20. % s1 |$ y\" ~- ~//样本输出
  21. 6 X9 Z! V\" `- b3 {. v9 Fdouble Lc[DATA][OUT];
  22. . D, t  l$ [' [& s: c//La->Lb权重
  23. 8 v5 P6 L5 \) b3 z6 ddouble Wab[NEURON][IN];
  24. 6 u6 T6 y3 r2 c& s! a1 p//Lb->Lc权重
  25. 2 ]& W, P* S6 m. N4 \) Tdouble Wbc[OUT][NEURON];- M' @0 {( L+ e
  26. //样本输入每个向量的最小值,最大值;输出...2 O& \0 m2 w( n2 }) v# y6 [( h
  27. double MaxIn[IN], MaxOut[OUT], MinIn[IN], MinOut[OUT];) ^* u4 r3 C& ?$ V! x7 n! L

  28. 7 Y- P4 [5 z9 _+ i//Lb层输出. O- K/ B; g( K2 Q5 _' L9 ?
  29. double LbOut[NEURON];: M- F( Z$ V- g
  30. //Lc层输出( V9 h8 n9 z. c8 c' b( ~5 ~6 E/ b- X
  31. double LcOut[OUT];* w% }5 b; j, M; {

  32. % B8 o! M& t- l8 I//Lc层单元的一般化误差6 _, _9 Q% y. L! o6 _6 E) B
  33. double Dc[OUT];7 X5 J  k# Y8 n# Y: m
  34. //Lb层单元的一般化误差; ?/ Q9 I8 V* z. C# Z6 S1 S
  35. double Db[NEURON];* z5 u/ k# v' y. P; q- M, k' E
  36. % |! y- B5 o2 g8 ^, u
  37. //设置样本数据
  38. 0 `( q+ p/ Y- X+ O1 B: Fvoid setSample()( d4 p3 j0 o2 N3 a5 `6 d5 v
  39. {
  40. . a( R9 c. O5 b* C) m1 l) B    srand((unsigned)time(NULL));
  41. * K/ s( v( j$ O4 X    int i, j;
  42. - z5 H0 u- k' a' s    for (i = 0; i < DATA; i++)4 E% U  ]& X\" p) D\" j1 _0 {
  43.     {! \$ e3 N! ]$ P% M' \
  44.         for (j = 0; j < IN; j++)
  45. 2 P/ H+ e9 g/ p\" A1 C- |, L6 b8 B        {
  46. ' M1 ^6 w7 |& a  q4 m9 N3 ]            La[j] = rand() % 1000 / 10.0;
  47. 0 b' R* F( i! d6 M' K        }% b6 o0 w\" w4 O  `3 t

  48. 0 t4 P% N7 c  ~$ ^* R        for (j = 0; j < OUT; j++)
  49. $ H  R+ s4 D\" ~% `; s            Lc[j] = La[0] + La[1];
  50. + R. E% w; T( p  T' A    }
  51. # }4 i1 e8 ?1 ~) {}3 `6 P0 Y2 `! G/ O( k$ r
  52. //初始化BP网络:权重,阈值(隐含节点+输出节点)/ }' ~( k3 m1 u\" O\" _
  53. void initNet(), M* x/ i1 ]. b' o9 H9 Z
  54. {
  55. 1 \3 f+ C7 h# v! p4 p4 z    srand((unsigned)time(NULL));
  56. ) Q) V1 G! }) g. \( K5 ?    //两部分的权值设置随机值【-1,1】7 J. ^, x$ k! g# ^1 M. f5 f
  57.     int i, j;
  58. % N1 i) r4 ~  t7 z2 E    for (i = 0; i < NEURON; i++)5 N/ U2 B* `) z* e- \
  59.         for (j = 0; j < IN; j++)
  60. , O\" p) V/ {, ]        {
  61. ) ~  s- U; S- S: m  t            Wab[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1 ;1 X. Z2 H\" x! ~: A
  62.             Wab[j] /= 20;
  63. % D( f$ E- {) Q* w$ U        }: ~  V# k2 ~, j1 x, d* \: a
  64. 9 `: f0 G2 t. P7 ^
  65.     for (i = 0; i < OUT; i++)5 J( Y7 k* _9 R/ o' @5 R
  66.         for (j = 0; j < NEURON; j++)
  67. & r9 n# [: p/ ~7 }' X        {, ^' D! h2 t1 B/ v% T2 q7 y) Q; M
  68.             Wbc[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1;8 g% U+ `: V* C3 d1 @$ a% C* ?& z
  69.             Wbc[j] /= 20;
  70. 9 y  q) Y9 }& Y: Y0 }! G        }7 g3 B8 u  O9 {( _4 c$ i
  71.      7 O7 B# R/ W' B+ |4 _3 z
  72.     //找出每个向量最小最大值,并进行归一化2 W0 G. U2 l: @\" P& k
  73.     for (i = 0; i < IN; i++)
  74. 6 U, v7 J: ~% C; M: ?' z' b    {* m7 ?3 b: ?9 {) I
  75.          
  76. \" Y; r6 B\" i: N: \( y\" q        MinIn = MaxIn = La[0];
  77. \" Y- N) r1 v2 @1 f        for (j = 0; j < DATA; j++)) S1 x0 S/ R* b% a+ F
  78.         {
  79.   {\" {- f3 h) O9 z            if (MinIn > La[j])
  80. ( T/ n( t$ L9 A( A( k7 |$ v+ n+ c                MinIn = La[j];9 K' a+ F8 L/ _
  81.             if (MaxIn < La[j])9 T( I+ y* s\" u% {, H. n. K0 ^
  82.                 MaxIn = La[j];8 g) V9 w6 f1 w( o) c
  83.         }
  84. \" t1 V8 }+ R0 I% t/ U  p( y     . b2 D. c: w* Q& y' j$ j( n
  85.          9 N1 w9 p3 K/ `4 }( N/ L# ?
  86.     }1 V9 J# O% q, Q5 X' {! P* |3 h$ C  U

  87. , B\" c, ?& C8 n: F! r1 |! f    for (i = 0; i < OUT; i++)
  88. 0 N( L* @% {0 Q7 [: X% Z    {/ @* j# a$ R+ i
  89.          
  90. 1 m, z  U' J1 R3 w2 z2 ]        MinOut = MaxOut = Lc[0];
  91. . i8 h$ H3 |! m  H\" f* Q        for (j = 0; j < DATA; j++)
  92. 6 X' U3 E. s! j8 G/ K        {& R4 k* E9 S- F( ~2 \- z
  93.             if (MinOut > Lc[j])
  94. 0 V! {7 \- t\" C' m+ n/ p+ y                MinOut = Lc[j];
  95. % @2 j\" z9 e7 I  K0 F! C9 W9 h            if (MaxOut < Lc[j])
  96. ; j7 ]. E: q' X  ~4 X7 _                MaxOut = Lc[j];- y\" u$ ]6 ?: }$ p4 B- Z
  97.         }
  98. 6 E3 Z% @; ~  Y
  99.   a# q- j! E( N; M( e( A7 K, V    }
  100. , ]) J/ S8 y& t& u: d, D. K/ r ! c/ o6 L, S/ j6 _
  101.     //归一化: T4 [3 b1 _2 v; \
  102.     for (i = 0; i < IN; i++)\" u6 j5 b/ l/ O- q; x% F
  103.         for (j = 0; j < DATA; j++)
  104. ! t: s( b  m  w            La[j] = (La[j] - MinIn + 1) / (MaxIn - MinIn + 1);; A+ ]) y8 W) @0 z% P
  105.                x7 M1 l& Z) }0 ^* o: p

  106. . b1 \+ {0 \9 _    for (i = 0; i < OUT; i++)' \% S1 H0 x3 @4 P
  107.         for (j = 0; j < DATA; j++)9 ~; Q. U4 [, `% [
  108.             Lc[j] = (Lc[j] - MinOut + 1) / (MaxOut - MinOut + 1);6 p2 a0 m/ w( T8 c1 _5 }
  109.            G$ V# s7 G% V. W
  110.             
  111. ( R' x& @* y) ^* m. b
  112. ) b5 l' K* S/ Z' H1 d* [  O, S}
  113. + Y7 d' s+ c& a. `1 H' C! V* j! pvoid getActiveVal(int dataIndex)5 |4 J9 E$ n9 l+ e
  114. {
  115. . S( ^# n1 |6 W3 u+ {0 B    int i, j;
  116. - e, {8 |  J7 C$ j9 L\" g3 V: U    double sum;  f& ~8 ~( w' L5 P' s$ J$ p5 E! r
  117.     for (i = 0; i < NEURON; i++)
  118. 0 P2 B: R. b2 W' t    {
  119. . _! a3 R; o( Y- D' |7 U* ~+ o        sum = 0;0 t7 b# }5 m; |. k3 R
  120.         for (j = 0; j < IN; j++)
  121.   i% C' b- {$ L\" v) B            sum += Wab[j] * La[dataIndex][j];
  122. \" b. x0 ~8 E/ ]$ m         
  123. 3 n/ R( Z+ V' N+ M        LbOut = Fx(sum);- ^- Q6 D7 \  d: a% O# i
  124. 3 B$ u; d5 S' {% D3 p9 n3 S
  125.     }
  126. 0 B- S/ k, X  S0 C  v. m
  127. # j- R! b9 J6 J+ P' A! h    for (i = 0; i < OUT; i++)3 L+ a+ i0 e4 t* C2 w0 I
  128.     {
  129. 6 K3 ]2 D  k: W. f. p8 h& z* |        sum = 0;\" P) ~# V$ a1 x2 q  O
  130.         for (j = 0; j < NEURON; j++)7 s: [+ \+ v8 `
  131.             sum += Wbc[j] * LbOut[j];  O+ H3 A1 t$ }. P! L
  132.          
  133. ' R3 B2 b2 ]+ T. Q! v) z! [        LcOut = Fx(sum);
  134. 0 r4 f1 }& V# G* _9 l$ \1 w* H    }
  135. ( X' U& L5 J: i) P9 N1 c. a}
  136. ! V1 I8 u! s4 J% {- q4 M# ]void backUp(int dataIndex)
  137. , n6 c0 F, ]% G2 {\" s- f7 s$ ]  Z{
  138. 5 |4 Z) c+ {3 Y    int i, j;
  139. 5 A5 `3 o, m$ `' L    double sum = 0;
  140. 8 M# `, z# D. s! Y7 w\" g* W    //Lc层单元的一般化误差4 [/ W9 C7 f9 S) H) p% ]
  141.     for (i = 0; i < OUT; i++)
  142. 5 v2 _& K% I& e' x, x' h  x        Dc = LcOut * (1 - LcOut)*(Lc[dataIndex] - LcOut);/ Q# Q5 ?& q. e8 N% t! Q

  143.   ]  P: M. ~6 {# [    //Lb层单元的一般化误差  v( ]9 r1 U8 X
  144.     for (i = 0; i < NEURON; i++)  a' i! u7 ~1 t0 Z0 }
  145.     {\" c2 B) i$ m# U+ a
  146.         sum = 0;
  147. & ~  ^: H! {+ J7 X9 J8 j4 {\" t        for (j = 0; j < OUT; j++)$ f1 l2 c  ]- @\" ], r- j
  148.         {+ x! w: M; J, j
  149.             sum += Wbc[j] * Dc[j];: n) j8 W: ], E. |% j6 _
  150.         }/ o: F; X6 J+ U' b/ \; _$ l
  151.         Db = LbOut * (1 - LbOut) * sum;
  152. $ t5 f1 P/ D1 w/ G5 E8 C4 |    }$ ^* w0 a* |3 G# w. ~1 y

  153. ; S7 v. t4 v% A* G    double beta1 = 0.08, beta2 = 0.1;
  154. ; Q7 q6 O! p; B
  155. 8 e! k4 x1 s9 ]    for (i = 0; i < OUT; i++)
  156. ; a% z\" V/ t; `, q5 T1 v9 S        for (j = 0; j < NEURON; j++)
  157. ; o$ x9 T$ q: _            Wbc[j] += beta1*LbOut[j] * Dc;# }! [! M5 P7 E: ~+ e% r% ^& g

  158. 0 }9 m9 N; K/ P$ T0 P/ e1 i' K. ]    for (i = 0; i < NEURON; i++)
  159. ) I: Q6 R) G2 L2 f\" @        for (j = 0; j < IN; j++)# I. }( e8 t0 R* t- A
  160.             Wab[j] += beta2*Db * La[dataIndex][j];
  161. & r; z' ~& z\" N. ? 4 B+ F( l2 N- [' z- U4 v  `\" ^
  162.      
  163. 7 X( _0 Y* G1 Z3 p) Z     / U7 n: z% J, D+ e9 P5 |
  164. }
  165. & N: N2 O& d/ @7 M
  166. 7 C1 ?* `* `0 f! i2 Wdouble result(double d1, double d2)# z. x, M' |' m: X
  167. {
  168. $ v6 O% L; Y9 m5 f% v' A\" }    int i, j;& S7 Q5 O, u  ]: P
  169.     double sum;
  170. ) O$ y4 H) B# `: ^    d1 = (d1 - MinIn[0] + 1) / (MaxIn[0] - MinIn[0] + 1);;
  171. 4 i$ |* j$ a9 r* C    d2 = (d2 - MinIn[1] + 1) / (MaxIn[1] - MinIn[1] + 1);( R6 U: e. ~6 b2 `/ Z. ?9 ]

  172. 9 m( O6 X+ t) N' [) n! s    for (i = 0; i < NEURON; i++)% s/ c# w: F/ ~) h  I
  173.     {4 k8 @% A0 k6 N: K* r) |
  174.         sum = 0;         
  175. , f7 S) e7 O1 J- j7 T$ H' m        sum = Wab[0] * d1 + Wab[1] * d2 ;+ Q- B% F5 m- c9 C' @
  176.         LbOut= Fx(sum);: L- r- b5 c% f
  177.     }8 c& d, c# a2 D0 n, p, s. A. q

  178. 2 i\" W! N! g4 d  e4 X4 i\" y    sum = 0;
  179. - x. s+ `; B- \: N% O% f    for (j = 0; j < NEURON; j++)7 M- D\" H0 ~7 c
  180.         sum += Wbc[0][j] * LbOut[j];
  181. 5 B( Q: n' ]* M( N6 l1 c7 a     * m; f1 p+ ^& A: \7 |+ b( w
  182.     LcOut[0] = Fx(sum);
  183. 3 E* g: F' G/ ~# A6 w\" L( G     . X5 ?, _\" [( ]; v& X
  184.     return LcOut[0] * (MaxOut[0] - MinOut[0] + 1) + MinOut[0] + 1;$ g9 b& ]/ U4 u\" x! a

  185. , ?/ S& L0 U' [* ^6 l- G* Z1 p4 C ! Y* S, u4 |' f6 g; H' y, I# a
  186. }
  187. , C( y& s% L) `3 S' _; cvoid train()) a1 }8 R- Q0 t9 C: [
  188. {
  189. ; h2 j  J' f6 B9 d! S% e    int i, j, no = 0;2 `6 p4 U8 `/ }' J9 H) i6 t$ v0 ]
  190.     double e = 0;- D! r1 ]. {0 s$ B& p
  191.     do{
  192. ; d+ m- T. K9 F2 V4 L        e = 0;$ I* I; q. H% C
  193.         for (i = 0; i < DATA; i++)6 t2 F$ P! B! _* _
  194.         {
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