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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 l/ N) o2 f0 }3 ]0 f9 ]ps:不要吐槽语言。我知道这是c c++杂交体。
  1. #include <stdio.h>% n4 K. T+ I; |1 l  t/ I
  2. #include <time.h>
  3. % D# y+ j' Q8 F: E#include <math.h>( }* P7 W\" ~* V' r8 T# d! [1 a
  4. #include <stdlib.h>
  5. 1 Z+ U* o  f0 V8 G% V  b' W#include <iostream>& Q( R+ V+ J( n0 i# s8 K
  6. using namespace std;
  7. 8 ~8 X& o- Z, ]4 I#define DATA  800  W) \3 Y7 k* t) Z0 _5 H. r9 d
  8. #define IN 25 P5 E# F/ t2 N& Z2 ~4 L0 p
  9. #define OUT 1* B: ?0 i$ A! j$ ~2 n& D
  10. #define NEURON 450 F; C# C, I: B+ s/ h4 Z- {
  11. #define TRAINC 20000
  12. 5 X3 z+ ]7 H) V
  13. 8 k( i) w) i: m8 {7 E# v8 J- Idouble Fx(double x)# h9 m, i( p8 i+ G; t2 \) s+ N
  14. {9 d( a: {3 `9 g9 t$ o1 ?; D  G& \
  15.     return 1 / (1 + exp(-1 * x));: d* y# i  _, H' V
  16. }
  17. ' _3 P\" U. m- T4 ~+ p6 P% j//La输入层  Lb隐藏层  Lc输出层
  18. - M\" i: ^6 b6 j9 e7 t  W; C//样本输入) ~) u4 Y2 j1 B$ N/ q( |' B  t3 \
  19. double La[DATA][IN];: S! J1 j\" Q; @; l. z* v6 }& S
  20. //样本输出
  21. 9 ?: W* d2 K% x9 _7 }- adouble Lc[DATA][OUT];
  22. # A; S& F+ ^, V//La->Lb权重6 O; D: @* ~( D5 \( q: h0 T
  23. double Wab[NEURON][IN];
  24. & B/ Z* f) g/ w/ O7 n, f' [  b//Lb->Lc权重
  25. : }2 M0 ?& g+ Y) U4 i# H  w: Edouble Wbc[OUT][NEURON];
  26. + e; N# r5 U  P: \//样本输入每个向量的最小值,最大值;输出...& f* m/ b' }9 g2 I) z' u
  27. double MaxIn[IN], MaxOut[OUT], MinIn[IN], MinOut[OUT];
  28. ! y  [( ^& z; d& q* b* z
  29. ! ?' V4 x' F4 ^8 z//Lb层输出4 z1 s4 d) ?! T& D$ F8 U- N5 _
  30. double LbOut[NEURON];, o/ Q: r+ E1 Q8 g  k# i) G: I5 c
  31. //Lc层输出) x& [) f+ ?9 J
  32. double LcOut[OUT];% L6 x4 H0 W0 g1 e

  33.   ~7 @% i0 L* K( N* z! Y//Lc层单元的一般化误差
  34. 6 r7 h4 w9 U: Ndouble Dc[OUT];4 W; I6 l8 ?& g
  35. //Lb层单元的一般化误差+ b$ p% j5 W; Q7 k
  36. double Db[NEURON];; V* q\" X5 |9 }* o9 b

  37. 5 B& ^! e2 [  g0 G//设置样本数据7 u$ v7 Z: e' d& m% o) Z4 d6 n3 |
  38. void setSample()1 Z' l& r  {6 i$ `% B
  39. {
  40. % ~1 d9 I\" X/ D2 b  F5 p; Y    srand((unsigned)time(NULL));
  41. 1 |. H' g. [4 H% h    int i, j;
  42. \" u\" c: K5 x+ `' \( h    for (i = 0; i < DATA; i++)
  43. 4 N2 s2 J# t; S' c& s    {\" m+ @8 F2 s# `3 X5 V% U
  44.         for (j = 0; j < IN; j++)
  45. - K% M' N7 X2 T1 a( K        {, W3 p! X/ N$ u( }5 o0 I
  46.             La[j] = rand() % 1000 / 10.0;
  47. 5 u* j4 Q+ x% p- i+ a        }4 s* Q, V3 d0 b: C, d% a8 R7 }
  48. 4 O0 v5 p! d; y; r9 w\" r
  49.         for (j = 0; j < OUT; j++)1 K; l9 J3 @- Y+ Y1 U& X7 [
  50.             Lc[j] = La[0] + La[1];
  51. \" G! A\" D- q7 p0 N2 Y. a; N    }
  52. $ G% J$ y* r+ e# x2 e4 E, Q}
  53. & R, x/ c4 I' I9 w\" ~//初始化BP网络:权重,阈值(隐含节点+输出节点)* H2 N6 J9 ?0 z+ l
  54. void initNet()
  55. 6 F0 j- L7 J  a# |. F4 V{
  56. 6 B7 h$ i7 k% ]& m0 p    srand((unsigned)time(NULL));% E0 r: Z* Z) Z% h  N1 |
  57.     //两部分的权值设置随机值【-1,1】# a; g  b( N2 R
  58.     int i, j;5 b$ }& E7 t# ^
  59.     for (i = 0; i < NEURON; i++)( Q# B; H2 g- |7 |\" E8 V
  60.         for (j = 0; j < IN; j++)
  61.   {3 V\" C% {! ?        {3 x% X! G' y4 {3 f( r
  62.             Wab[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1 ;3 f. n5 W. X$ H9 p0 m3 E* W
  63.             Wab[j] /= 20;
  64. ) A\" r! g& v  k, [7 j        }- I3 b6 c% ~# a
  65. 7 }) A6 K3 h/ X4 G8 ?
  66.     for (i = 0; i < OUT; i++)
  67. 0 Y) `/ Q0 s/ x4 o9 R& D, d5 r% m# ^        for (j = 0; j < NEURON; j++)# v0 l6 e% V* {: Z; e9 s
  68.         {
  69. 3 G, v7 J7 f$ ]( s# ~; |! M            Wbc[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1;  a! ?. x0 c, [+ g2 C* M1 \
  70.             Wbc[j] /= 20;9 n3 i3 d3 @- k2 F6 {% D
  71.         }& H- [2 {) ~, ]' y1 I3 Y' k
  72.      
  73. 2 `1 d& b  m' F/ Z    //找出每个向量最小最大值,并进行归一化
  74. ) P( M$ ^/ e4 i    for (i = 0; i < IN; i++): `( ~7 `8 G8 }* H\" O
  75.     {7 p# h$ j7 x1 c\" L\" Q+ M
  76.          & [: C$ ?4 m8 i, N  I2 y' R
  77.         MinIn = MaxIn = La[0];
  78. 7 g* D5 o: ?; k! C3 q! Z\" z        for (j = 0; j < DATA; j++)) A' n3 `1 K$ j: R1 M6 {
  79.         {: m* M4 b; v: P) f3 d5 A. b
  80.             if (MinIn > La[j])\" a( w9 |5 _; W* e, B
  81.                 MinIn = La[j];4 A! T7 Z$ F+ a5 V& w& N
  82.             if (MaxIn < La[j])
  83. + D6 j/ w. P4 W! ]% y2 w                MaxIn = La[j];. N5 y, |1 L% q7 n2 h
  84.         }9 j* K! J/ `. ?
  85.      
  86. * Z! ]6 P' E\" Q; Q7 ~         
  87. . j2 G6 Y* j0 F0 D3 V6 L1 z- G5 d    }: _, R' _% \+ @' c0 `
  88. 0 n) ]3 D. A: R$ y
  89.     for (i = 0; i < OUT; i++)
  90. 9 W, l8 d. `8 t    {
  91. * z4 J; g, I) B) H         - t% i8 N, t( T3 ^: E
  92.         MinOut = MaxOut = Lc[0];
  93. 9 B% p* T, }. V6 Y1 z  z        for (j = 0; j < DATA; j++)
  94. # K4 F$ M) c7 D- S6 ~9 B; i        {
  95. 9 C- W9 Z4 w! k  @6 M$ T, a            if (MinOut > Lc[j])
  96. : Y1 }, R: j# ]% ?+ h% V                MinOut = Lc[j];
  97. / H! F( T& V6 Z            if (MaxOut < Lc[j])* P( I( T4 x- c- T. i& j
  98.                 MaxOut = Lc[j];5 u7 U9 e\" D6 @
  99.         }/ B, H0 D8 D6 W! A7 K: E2 u

  100. 0 L) P: R9 z: d$ I# O: Q) C    }
  101. + w7 T: d2 L1 n1 b5 n 4 n9 ~( m# f& ^, q3 O: l
  102.     //归一化
  103. - k( Z8 u' V\" ]    for (i = 0; i < IN; i++)
  104. . Y$ U9 F2 i\" x  d+ q/ H        for (j = 0; j < DATA; j++)6 ~, {5 @0 A  U: i$ U; X# S
  105.             La[j] = (La[j] - MinIn + 1) / (MaxIn - MinIn + 1);
  106. 1 V; y7 J7 K0 _9 S2 \% a1 K6 Z            
  107. ; T! C9 K; c9 p9 d\" m2 T5 @# B
  108. ! _# X; C$ E8 _+ W$ ]) k* F& D( H    for (i = 0; i < OUT; i++)
  109. 0 x. a7 K9 {\" a8 a& @        for (j = 0; j < DATA; j++)
  110. : Y, v6 r  e) f6 b& }( {            Lc[j] = (Lc[j] - MinOut + 1) / (MaxOut - MinOut + 1);/ D! p7 O, y5 K7 C, ^$ G. `2 I  j
  111.          8 p7 ^8 z* d% R/ G\" f. h9 {' \4 I0 y) V
  112.              8 P\" |, G1 B; m4 J% m
  113. , w! s  E0 O. D
  114. }6 F* v$ ~* O3 N. a
  115. void getActiveVal(int dataIndex)
  116. # a0 h5 a* ]( _3 f  Q\" a1 I: j{* U' ]1 G\" C2 v
  117.     int i, j;0 `6 [) T1 Z  V1 J
  118.     double sum;
  119. ! ~/ n\" j4 n) e\" H    for (i = 0; i < NEURON; i++)
  120. * Z! K$ e! _: @2 ?    {) \( w% l8 u% m* q3 [\" r% r
  121.         sum = 0;! {( F! S- v8 c6 G6 A; N
  122.         for (j = 0; j < IN; j++)
  123. 7 D% ]! P6 ~. t4 b            sum += Wab[j] * La[dataIndex][j];
  124. 8 F, L. A* `9 S3 ^& ?         
  125. ) A9 \% m& L5 X2 J- @        LbOut = Fx(sum);# @/ g) e3 R  `% ~! |
  126. # y6 J+ v- g) {' i5 P2 ~- E
  127.     }
  128. 9 _' }# [; H0 ~  \, e7 A
  129. 5 L/ u, C6 i8 D( X' H3 n) {    for (i = 0; i < OUT; i++)
  130. # N8 j\" W1 h. T& u3 a8 T+ X    {  G9 n4 d. s9 t3 L9 R* D8 U- f
  131.         sum = 0;! p\" ~% O8 A  i% l9 K% t) @
  132.         for (j = 0; j < NEURON; j++)! d: e6 m: M* Y- w8 L
  133.             sum += Wbc[j] * LbOut[j];
  134. 6 q) f' v2 m4 H! O/ l. a1 R, a         
  135.   m( _2 n4 }. H8 T6 Q+ S2 e        LcOut = Fx(sum);1 G1 q8 y2 j2 S\" x& w/ A  }
  136.     }
  137. / D: U\" n# z\" ]2 z}
  138. ' ^8 z# n) x% Q2 Xvoid backUp(int dataIndex)
  139. / T/ P5 Y+ }/ L5 f{
  140. ; R; ]: H\" r: g    int i, j;( A( J5 @) p* k5 G0 T. C
  141.     double sum = 0;
  142. ' ]) }) O% U9 S% p6 a( _    //Lc层单元的一般化误差6 x- T/ w- @, `9 ?; J# u
  143.     for (i = 0; i < OUT; i++)
  144. : {\" X7 H0 e; e9 X9 V        Dc = LcOut * (1 - LcOut)*(Lc[dataIndex] - LcOut);$ Z) l\" l1 S: d% M. p$ e1 P

  145. ) m4 P6 ]4 h1 ?/ k% L\" _    //Lb层单元的一般化误差
  146. $ l: N4 f1 n# g, N7 ]. J    for (i = 0; i < NEURON; i++)
  147. - K! ]  Y* ~, \/ h+ P, {    {: E# H7 M9 k  `4 `\" P/ ^  J, }
  148.         sum = 0;
  149. . N\" \\" ^6 Y/ N& V4 g7 G3 b$ f        for (j = 0; j < OUT; j++)) P8 x' N, C& H2 V6 q$ l
  150.         {
  151. - e9 i* L8 s4 [* c. \) n            sum += Wbc[j] * Dc[j];8 S. \' F. g) R2 u$ D
  152.         }' Z  C. X6 ?/ O! X; F7 H+ ]; E
  153.         Db = LbOut * (1 - LbOut) * sum;
  154. 7 D/ _) g+ c: b% u' g& {: _    }) ]1 |7 G+ l$ {) q

  155. 5 w1 L: o' X# j    double beta1 = 0.08, beta2 = 0.1;# Y: B3 v9 l1 n6 O
  156. - H6 Y6 H. l( q- U$ ?5 g5 y& g& h# J
  157.     for (i = 0; i < OUT; i++)) ^, a5 O7 @  Y$ }1 j
  158.         for (j = 0; j < NEURON; j++)
  159. ( Z1 ]/ A! Q% K& `5 o2 j( z            Wbc[j] += beta1*LbOut[j] * Dc;
  160. ( }, k' s9 W# u* }9 M 9 n0 K7 |/ b6 I
  161.     for (i = 0; i < NEURON; i++); {- a7 G' l: @
  162.         for (j = 0; j < IN; j++)2 z9 P3 a: n6 z4 ?( W7 R- F
  163.             Wab[j] += beta2*Db * La[dataIndex][j];
  164. 7 w+ d  t0 J' @) Q9 p$ z8 ]/ g/ c 0 u( j9 y# e; s8 ^1 p
  165.      
  166.   x5 m: J1 l; l0 d/ E3 [     
  167. 3 O4 X- b( u9 T}
  168. ; t7 j6 w2 [- V+ E5 N/ \ 5 t) }2 J. S( H- O, P- y
  169. double result(double d1, double d2)# Q: K0 ^' I\" o! i' A3 z. S
  170. {
  171. , q! Q; l7 |7 ^+ v) j    int i, j;3 t5 A+ n) l) @) D+ z# a
  172.     double sum;' E' v# i& X% k. I. s, |
  173.     d1 = (d1 - MinIn[0] + 1) / (MaxIn[0] - MinIn[0] + 1);;  S' B9 R* H' x; N4 ~* s( k$ q* v
  174.     d2 = (d2 - MinIn[1] + 1) / (MaxIn[1] - MinIn[1] + 1);
  175. # O' U# k9 i+ F, C4 l3 J  q ( ]\" M& K, e; u- e3 @, P3 ^
  176.     for (i = 0; i < NEURON; i++)4 ~3 d, D' b$ O) I8 P! S
  177.     {/ R8 r8 ], d# I8 J( x
  178.         sum = 0;         
  179. 9 G- \% Z5 G* W; O  y6 w2 \( r        sum = Wab[0] * d1 + Wab[1] * d2 ;
  180. + Z* s1 U6 y0 a. S8 n        LbOut= Fx(sum);! G1 n\" N1 J; o. {% B6 S% j
  181.     }
  182. $ J, ]\" x, n; U! C  q# q
  183. 8 ]8 h) C. c3 I& {/ R    sum = 0;! |5 O5 U& ~$ r8 Z
  184.     for (j = 0; j < NEURON; j++)
  185. 8 w/ T5 F7 D. N- U! m        sum += Wbc[0][j] * LbOut[j];
  186. ; T\" T* p: w1 b4 c     9 v  J/ w+ \. e( K\" K5 X% R
  187.     LcOut[0] = Fx(sum);
  188. 2 M( ?! \4 O, E\" ~1 l( V     1 u, E: D# W; j3 ]: B$ y
  189.     return LcOut[0] * (MaxOut[0] - MinOut[0] + 1) + MinOut[0] + 1;! q5 A\" i) e6 _. M% o) p) K
  190. , t; `! A; f2 A! l/ o3 O+ U) ]8 n9 [

  191.   E8 H5 g) o, E2 H\" Q! U1 _, z}
  192. % h6 ~  n* \  _* Nvoid train()9 w/ k5 o5 Y5 u9 a\" W
  193. {
  194. & c0 V\" U\" I% K# Q( o8 `1 r) z- R    int i, j, no = 0;
  195. & \, J6 \* y) w2 A    double e = 0;' H$ ^) _- c) X7 j5 L0 |4 L0 o
  196.     do{
  197. * x+ [- M, W. C! A7 J1 G7 h3 [2 S        e = 0;
  198. 6 F0 [& T2 F, K- W0 K        for (i = 0; i < DATA; i++)) l7 P. @6 b1 o% t
  199.         {
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