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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!( E. M8 Z/ I9 p3 d# L- K
ps:不要吐槽语言。我知道这是c c++杂交体。
  1. #include <stdio.h>
  2. * @1 O! b# \\" p. v. C: ~#include <time.h>& o6 K; s! u+ i/ T* \& s! d
  3. #include <math.h>/ e, a0 O( D- k/ `5 T) R# m
  4. #include <stdlib.h>+ b* _% K7 C. j7 N
  5. #include <iostream>4 e  ^: Z0 h5 W  H8 S; I
  6. using namespace std;# P. u: C9 h* T. S$ o1 [6 g+ h% _8 }
  7. #define DATA  8008 Z6 T$ }- {9 h$ b
  8. #define IN 2
  9. - h. ?% \, y\" n  p- U) j; e) _#define OUT 1
  10. 7 ?9 g3 y* R1 X0 R#define NEURON 45. i$ y! y7 k* \, r  ]# e. n
  11. #define TRAINC 20000, W6 [' }5 c  r6 G. I/ U

  12. 0 @7 G% h# o6 @4 M2 V0 [\" E  ~1 Gdouble Fx(double x)8 z\" Y5 q! A) C. j/ U/ W
  13. {
  14. & O2 {- t' x: ?& b    return 1 / (1 + exp(-1 * x));
  15. \" i, d9 w2 q+ T5 b7 `% t: I6 l}2 n4 t: j: W) Y1 H
  16. //La输入层  Lb隐藏层  Lc输出层$ O\" ~4 E* D' M* x4 P/ Q( L
  17. //样本输入\" X% `* J1 P+ U, p/ u; q# e  P\" U
  18. double La[DATA][IN];
  19. # R3 h4 p1 c# O, X//样本输出
  20. 7 ~5 q) T; W/ j3 U3 udouble Lc[DATA][OUT];
  21. ) U( p7 S\" v6 B  q' R4 v//La->Lb权重. G4 h) j& z( ?! G
  22. double Wab[NEURON][IN];0 o8 Z! Y\" \  Q
  23. //Lb->Lc权重
  24. . h1 g. X) a# b7 T4 g! p6 M* wdouble Wbc[OUT][NEURON];
  25. 3 x2 {2 _: y) t7 T; B//样本输入每个向量的最小值,最大值;输出...
  26. * g9 w. O- |# a3 g7 adouble MaxIn[IN], MaxOut[OUT], MinIn[IN], MinOut[OUT];
  27. / @* |  ~/ y( g. n$ i+ u
  28. $ w& `# d) k% x1 T\" e//Lb层输出
  29. . k7 R' l# b* i4 s( |double LbOut[NEURON];6 |5 u0 `% u\" F; w
  30. //Lc层输出
  31. ) H: \! o0 }4 l* sdouble LcOut[OUT];* |$ o) F/ x6 [$ M. w; d9 s

  32. . A5 J1 O' x# U% O) D1 W//Lc层单元的一般化误差
  33. + b! a+ r) \/ E* L6 l2 E# Ndouble Dc[OUT];6 A/ _$ R) w\" o8 h9 t
  34. //Lb层单元的一般化误差7 g1 H- a! N  p: T
  35. double Db[NEURON];
  36. 4 J/ G# k- Z6 \9 u* j2 C4 g6 R/ f 3 B9 x6 p: x, u% D( w7 ^& b
  37. //设置样本数据
  38. % R  }  l1 [- Q5 _7 A4 I, M6 bvoid setSample()2 b$ |# s% M0 N
  39. {1 h1 V9 {\" r3 R; s7 d
  40.     srand((unsigned)time(NULL));+ k. A) X2 J\" f, e, O- ?
  41.     int i, j;- N  I4 j7 l' @/ d1 g2 u) l
  42.     for (i = 0; i < DATA; i++)
  43. + x, s; d5 n\" q6 b    {; m- Q4 q) Q: M6 K+ q8 t% G9 m
  44.         for (j = 0; j < IN; j++)
  45. 2 b: W- U$ I' y- G1 ^        {3 T' V& N5 W, O: N& V6 S8 I
  46.             La[j] = rand() % 1000 / 10.0;
  47. , e7 z4 f; t- ?- C- X  r1 [2 ^2 g        }
  48. + ~% B- }7 w3 u+ E% r& {
  49. 9 c  J4 `: N3 r5 @        for (j = 0; j < OUT; j++), A\" G' C$ S) o, T/ G$ {* W
  50.             Lc[j] = La[0] + La[1];
  51. ' z5 V; G) u. h9 a& |    }; C& z/ ]- ]4 @\" ^, a: b
  52. }
  53. / ^' h6 _; r! ?: ^3 Z3 o' y7 I//初始化BP网络:权重,阈值(隐含节点+输出节点)+ r. H' ?% F4 D+ W\" Z
  54. void initNet()+ b& V+ x; A) o
  55. {* ]# X: ^$ d+ Y- \) b* z, }# H: A( H
  56.     srand((unsigned)time(NULL));
  57. * n8 @  x) i+ j) i    //两部分的权值设置随机值【-1,1】1 j* u) W/ @. m* C. l) f: Q
  58.     int i, j;4 k: D: x/ z* Q1 [9 H4 G
  59.     for (i = 0; i < NEURON; i++)/ P\" a& w4 L/ T. G
  60.         for (j = 0; j < IN; j++)
  61. , q- Y( D: Y1 [  z# B! w$ w' G        {8 E7 T& r: @* F, h( y( {
  62.             Wab[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1 ;
  63. + `\" y\" X8 [\" j            Wab[j] /= 20;$ l\" q6 p; j) C1 A: _- M0 Q. @\" f
  64.         }
  65. $ j2 |7 m7 K# S* r4 g3 }2 z; W 6 V\" R- Y& j/ H- v
  66.     for (i = 0; i < OUT; i++)9 H2 S9 {! N: T7 |! u. c# {' m
  67.         for (j = 0; j < NEURON; j++)
  68. & w% v' M  e0 o. ~1 B        {
  69. % J# {/ C8 Z# `4 Y, _            Wbc[j] = rand()*2.0 / RAND_MAX - 1;1 q# e0 J6 U2 w
  70.             Wbc[j] /= 20;. e' g! B& n7 b5 ?9 Y
  71.         }
  72. : M: L: R2 Q5 F9 O) a) n     
  73. 9 n2 V6 |+ g\" [* |, s& c    //找出每个向量最小最大值,并进行归一化, M; W; p& E7 e' c- t7 V. G
  74.     for (i = 0; i < IN; i++)
  75. 0 ]4 J, C: m& R* t/ |* n3 r    {
  76. 3 r: h& m0 b2 [  z& W7 F         ) u6 H9 p0 C. Y1 |3 I7 L
  77.         MinIn = MaxIn = La[0];5 _$ i% x- C: @7 T, Y! }# W- ^' s
  78.         for (j = 0; j < DATA; j++)\" U4 w, d) N8 B, ~- A
  79.         {9 ~1 {8 f! v* z7 q' Q
  80.             if (MinIn > La[j])
  81. * y* M1 K7 s# s  D6 n) ?\" t                MinIn = La[j];# N3 P/ S: u7 C5 o\" x. J  N! ~
  82.             if (MaxIn < La[j])7 v) o# ~- |2 z
  83.                 MaxIn = La[j];
  84. 1 o  k8 b1 A- b: r' X% D! T( N) G        }
  85. ( C) ~1 I9 ?( ]: S( b& r* Q( i& f     $ X/ P% _4 @: Z, E- J& R
  86.          
  87. % W$ F  b7 x! A6 R) w5 o/ B    }
  88. 2 v3 N: t\" C7 `. z; k  a6 i/ z 5 [1 M8 Z! d5 m, z' X& f6 W. p. V. O
  89.     for (i = 0; i < OUT; i++)
  90. 8 w( H8 i4 M! T, \  Z, v  d0 J+ C    {
  91. & K( ~- s- W. c; N' m) I9 F         * k$ O  A! q\" W+ @
  92.         MinOut = MaxOut = Lc[0];
  93. 0 B\" a. p9 B+ T        for (j = 0; j < DATA; j++)
  94. ' `. b. u3 @  F9 w& _        {
  95. 1 D3 C) ^% _! r# Z* |! ?            if (MinOut > Lc[j])* G' B5 C# }1 f4 h% E
  96.                 MinOut = Lc[j];4 j/ s3 J. H: E1 E
  97.             if (MaxOut < Lc[j])
  98. 5 _, X7 h6 ]1 l& q+ M. x5 C                MaxOut = Lc[j];7 K$ E7 F- R- p. ~! N& V! F  y
  99.         }2 N9 [# _! d! F0 x# i8 i+ o
  100. ! `3 E7 @+ @0 o/ T& c6 X/ {
  101.     }
  102. % ~) k0 W4 {& T# e9 y ) z+ N# S/ [\" a+ e# D
  103.     //归一化& q1 d/ G3 g4 k; z
  104.     for (i = 0; i < IN; i++)
  105. 6 V  B) S; O4 B        for (j = 0; j < DATA; j++)
  106. 4 U! J$ c& T9 f% G            La[j] = (La[j] - MinIn + 1) / (MaxIn - MinIn + 1);8 ~( P' A1 {; x* `; \1 x
  107.             
  108. 3 y: I- T8 Z  q3 I+ F; l8 ^4 S: ^' e( \
  109. + z& \+ v0 G/ o( v8 P    for (i = 0; i < OUT; i++)4 u' [5 M1 A3 S6 m  g% b
  110.         for (j = 0; j < DATA; j++)) k7 V; Y# o8 L8 @2 I, ^
  111.             Lc[j] = (Lc[j] - MinOut + 1) / (MaxOut - MinOut + 1);
  112. \" f9 K\" V! u# ^8 t% H7 Z! d4 K         
  113. 9 \- D! G, l9 @. z0 [             2 h) e: v, U* Q& D

  114. 0 C\" i: T: o3 e8 K( i}, d* H3 G  S- L0 ~9 J
  115. void getActiveVal(int dataIndex)
  116. % [- ~6 A- G6 F{2 v: `1 m; @7 O# f% Y( M: x+ C$ U8 g\" W
  117.     int i, j;+ A; S2 J1 }. e\" l$ i3 v. f3 c1 J
  118.     double sum;
  119. , H9 A3 k6 J3 O7 S    for (i = 0; i < NEURON; i++)
  120. 3 Q9 g4 m+ ^; u' M4 P* T. c- m    {
  121. ' {; v: G- \+ V. {/ e        sum = 0;3 o7 S5 @, |8 j
  122.         for (j = 0; j < IN; j++)0 O2 d8 E' U# O/ ~7 ?3 [
  123.             sum += Wab[j] * La[dataIndex][j];6 f1 l9 O$ R$ ?* C
  124.          ' X\" o\" U$ |* b, b- \9 m' B# F
  125.         LbOut = Fx(sum);
  126. $ H, d5 m/ W) P( \
  127. 1 n. I6 I\" w! N$ _8 c) o0 i- x    }
  128. 6 o. Q1 j. D, d) k3 n9 K
  129. 1 L) [5 x9 `2 u+ u# b) h    for (i = 0; i < OUT; i++): y; V6 ~8 r2 F- ]% f4 H
  130.     {
  131. 4 `\" Y# W. {  s        sum = 0;1 U! \$ J& K3 Q
  132.         for (j = 0; j < NEURON; j++)0 r: [6 F/ X: m# j' B
  133.             sum += Wbc[j] * LbOut[j];
  134. \" B% i9 h9 A& L         
  135. + k2 X' k% U* d0 B        LcOut = Fx(sum);
  136. : }: U' f* r  @( r    }
  137. $ q3 P) P) F! H2 `}
  138. 3 [- B  D0 B8 n2 w# C. m4 x% f/ vvoid backUp(int dataIndex)$ _  o$ }( T4 y$ f/ ^
  139. {8 i1 n  w! F6 \+ b
  140.     int i, j;2 I( D, w& u& Q' c: c9 f& z3 y5 A
  141.     double sum = 0;
  142. 0 d6 Q2 ?5 q7 X4 e    //Lc层单元的一般化误差8 l% ~3 R# q* @$ e& q' K
  143.     for (i = 0; i < OUT; i++)9 [3 X! b. e. s\" w
  144.         Dc = LcOut * (1 - LcOut)*(Lc[dataIndex] - LcOut);
  145. 1 A6 R$ b8 Y9 X2 Q! ]
  146. $ G. l% ^( K7 w! q9 }    //Lb层单元的一般化误差
  147. . M. Z6 |- C8 t    for (i = 0; i < NEURON; i++)
  148. / k7 G( h8 q7 ]# W# h    {
  149. \" i# X& G6 V5 ?\" q        sum = 0;2 j$ |$ Z) X% y1 t+ m+ C
  150.         for (j = 0; j < OUT; j++)4 \0 t. P9 e* ]. G& l1 b3 L
  151.         {
  152. ; Y$ K/ G& Z/ c) L            sum += Wbc[j] * Dc[j];
  153. * H2 x# ?, }6 D+ `- K        }, m: G3 M8 T! F! `% o8 c
  154.         Db = LbOut * (1 - LbOut) * sum;$ f4 B0 l/ v4 n( C1 }5 \
  155.     }. W5 b$ a2 [7 G' j- u8 G, Y\" {

  156.   v# i* q0 v2 |; Y% @; o9 x    double beta1 = 0.08, beta2 = 0.1;1 K/ s$ |6 ?) a, c7 E( z
  157. ) Q' P% c. f5 O7 v; c. U$ f) n
  158.     for (i = 0; i < OUT; i++)\" T! }: U: Y; x$ G8 t! u
  159.         for (j = 0; j < NEURON; j++)\" l1 i* J' d1 ~$ G5 h; h
  160.             Wbc[j] += beta1*LbOut[j] * Dc;3 O8 ~5 e% y- G+ X8 ~1 ^( S7 [
  161. / |: T# J4 E9 [9 F/ [  B
  162.     for (i = 0; i < NEURON; i++)( W0 _1 E( H1 M/ @! s\" u
  163.         for (j = 0; j < IN; j++)# N* m2 `; A\" ?\" `  d
  164.             Wab[j] += beta2*Db * La[dataIndex][j];$ |! U3 E/ k9 f3 }& i( ^
  165. / ~; g8 D% H; V* A
  166.      # ^; k/ M! G% H0 @) e' Q
  167.      
  168. / R4 ^/ m1 h% o: m! J$ y$ b. ?6 ]}
  169. . y7 t4 b1 f8 l\" V- t# K8 r9 ~ ' X$ I\" K) ]# b
  170. double result(double d1, double d2)
  171. + L1 V; m- |8 Y7 m{
  172. 1 J2 U% a& W6 n    int i, j;3 ?( R0 Q( A% P8 f1 K
  173.     double sum;3 j9 o& {0 I, ^
  174.     d1 = (d1 - MinIn[0] + 1) / (MaxIn[0] - MinIn[0] + 1);;1 d' \' j  z' a3 R) ~! q$ b' s
  175.     d2 = (d2 - MinIn[1] + 1) / (MaxIn[1] - MinIn[1] + 1);/ p9 J! e; l5 v

  176. \" C* }\" e' P: ~& b    for (i = 0; i < NEURON; i++)& t! {, X\" @- d; Y
  177.     {
  178. : n+ f9 ^' @4 s9 B( e# z# y; k$ y        sum = 0;         
  179. % R8 r  H0 t0 G7 l# M/ @0 S* h        sum = Wab[0] * d1 + Wab[1] * d2 ;
  180. ' y! P7 W; }7 r# |        LbOut= Fx(sum);8 f4 L: n' w# s1 l7 c& S3 W
  181.     }
  182. % L( g\" @/ [  i 1 d! ~+ R$ @% Y
  183.     sum = 0;6 N' N% v1 s' L% I* ^
  184.     for (j = 0; j < NEURON; j++)
  185. 6 N; |2 W3 E+ z, I        sum += Wbc[0][j] * LbOut[j];
  186. 2 x2 t0 O: p: i$ t     ; u( K- k/ J8 B4 O
  187.     LcOut[0] = Fx(sum);
  188. - F5 e' n! r- h\" o+ @     - L3 }9 K4 e5 t- b8 B
  189.     return LcOut[0] * (MaxOut[0] - MinOut[0] + 1) + MinOut[0] + 1;
  190. % k$ t/ w# D% `\" `\" j$ m
  191. 6 X6 |% D6 K. g1 | 1 c7 k& {# H/ F2 O+ n; G
  192. }
  193. ' D1 n/ K  J' O+ r2 u; Rvoid train()$ ~* E' o8 k$ ~\" o) \1 r
  194. {% ?, p) d+ q, b$ P1 k
  195.     int i, j, no = 0;
  196.   C$ N2 b$ ^0 x# p( G    double e = 0;; x; I% t  i, @0 \& `5 ^8 I. w
  197.     do{$ U/ a# h7 Z: T8 V
  198.         e = 0;
  199.   ~1 t# m- X% K# ~        for (i = 0; i < DATA; i++)( g9 a4 \\" b7 P/ C  [  p
  200.         {6 d7 P1 U+ D: P9 ?! @
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