机器学习基础-神经网络-10

神经网络

单层感知器

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

单层感知器代码

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
#输入数据
X = np.array([[1,3,3],
              [1,4,3],
              [1,1,1],
              [1,0,2]])
#标签
Y = np.array([[1],
              [1],
              [-1],
              [-1]])

#权值初始化,3行1列,取值范围-1到1
W = (np.random.random([3,1])-0.5)*2

print(W)
#学习率设置
lr = 0.11
#神经网络输出
O = 0

def update():
    global X,Y,W,lr
    O = np.sign(np.dot(X,W)) # shape:(3,1)
    W_C = lr*(X.T.dot(Y-O))/int(X.shape[0])
    W = W + W_C

在这里插入图片描述

for i in range(100):
    update()#更新权值
    print(W)#打印当前权值
    print(i)#打印迭代次数
    O = np.sign(np.dot(X,W))#计算当前输出  
    if(O == Y).all(): #如果实际输出等于期望输出,模型收敛,循环结束
        print('Finished')
        print('epoch:',i)
        break

#正样本
x1 = [3,4]
y1 = [3,3]
#负样本
x2 = [1,0]
y2 = [1,2]

#计算分界线的斜率以及截距
k = -W[1]/W[2]
d = -W[0]/W[2]
print('k=',k)
print('d=',d)

xdata = (0,5)

plt.figure()
plt.plot(xdata,xdata*k+d,'r')
plt.scatter(x1,y1,c='b')
plt.scatter(x2,y2,c='y')
plt.show()

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

单层感知器异或问题代码

'''
异或
0^0 = 0
0^1 = 1
1^0 = 1
1^1 = 0
'''

在这里插入图片描述

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
#输入数据
X = np.array([[1,0,0],
              [1,0,1],
              [1,1,0],  
              [1,1,1]])
#标签
Y = np.array([[-1],
              [1],
              [1],
              [-1]])

#权值初始化,3行1列,取值范围-1到1
W = (np.random.random([3,1])-0.5)*2

print(W)
#学习率设置
lr = 0.11
#神经网络输出
O = 0

def update():
    global X,Y,W,lr
    O = np.sign(np.dot(X,W)) # shape:(3,1)
    W_C = lr*(X.T.dot(Y-O))/int(X.shape[0])
    W = W + W_C

在这里插入图片描述

for i in range(100):
    update()#更新权值
    print(W)#打印当前权值
    print(i)#打印迭代次数
    O = np.sign(np.dot(X,W))#计算当前输出  
    if(O == Y).all(): #如果实际输出等于期望输出,模型收敛,循环结束
        print('Finished')
        print('epoch:',i)
        break

#正样本
x1 = [0,1]
y1 = [1,0]
#负样本
x2 = [0,1]
y2 = [0,1]

#计算分界线的斜率以及截距
k = -W[1]/W[2]
d = -W[0]/W[2]
print('k=',k)
print('d=',d)

xdata = (-2,3)

plt.figure()
plt.plot(xdata,xdata*k+d,'r')
plt.scatter(x1,y1,c='b')
plt.scatter(x2,y2,c='y')
plt.show()

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

线性神经网络

在这里插入图片描述

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
#输入数据
X = np.array([[1,3,3],
              [1,4,3],
              [1,1,1],
              [1,0,2]])
#标签
Y = np.array([[1],
              [1],
              [-1],
              [-1]])

#权值初始化,3行1列,取值范围-1到1
W = (np.random.random([3,1])-0.5)*2

print(W)
#学习率设置
lr = 0.11
#神经网络输出
O = 0

def update():
    global X,Y,W,lr
    O = np.dot(X,W)
    W_C = lr*(X.T.dot(Y-O))/int(X.shape[0])
    W = W + W_C

在这里插入图片描述

for _ in range(100):
    update()#更新权值

    #正样本
    x1 = [3,4]
    y1 = [3,3]
    #负样本
    x2 = [1,0]
    y2 = [1,2]

    #计算分界线的斜率以及截距
    k = -W[1]/W[2]
    d = -W[0]/W[2]
    print('k=',k)
    print('d=',d)

    xdata = (0,5)

    plt.figure()
    plt.plot(xdata,xdata*k+d,'r')
    plt.scatter(x1,y1,c='b')
    plt.scatter(x2,y2,c='y')
    plt.show()

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

激活函数

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

BP神经网络Back Propagation Neural Network

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

扫描二维码关注公众号,回复: 12588469 查看本文章

BP神经网络-异或问题

import numpy as np
#输入数据
X = np.array([[1,0,0],
              [1,0,1],
              [1,1,0],
              [1,1,1]])
#标签
Y = np.array([[0,1,1,0]])
#权值初始化,取值范围-1到1
V = np.random.random((3,4))*2-1 
W = np.random.random((4,1))*2-1
print(V)
print(W)
#学习率设置
lr = 0.11

def sigmoid(x):
    return 1/(1+np.exp(-x))

def dsigmoid(x):
    return x*(1-x)

def update():
    global X,Y,W,V,lr
    
    L1 = sigmoid(np.dot(X,V))#隐藏层输出(4,4)
    L2 = sigmoid(np.dot(L1,W))#输出层输出(4,1)
    
    L2_delta = (Y.T - L2)*dsigmoid(L2)
    L1_delta = L2_delta.dot(W.T)*dsigmoid(L1)
    
    W_C = lr*L1.T.dot(L2_delta)
    V_C = lr*X.T.dot(L1_delta)
    
    W = W + W_C
    V = V + V_C

在这里插入图片描述

for i in range(20000):
    update()#更新权值
    if i%500==0:
        L1 = sigmoid(np.dot(X,V))#隐藏层输出(4,4)
        L2 = sigmoid(np.dot(L1,W))#输出层输出(4,1)
        print('Error:',np.mean(np.abs(Y.T-L2)))
        
L1 = sigmoid(np.dot(X,V))#隐藏层输出(4,4)
L2 = sigmoid(np.dot(L1,W))#输出层输出(4,1)
print(L2)

def judge(x):
    if x>=0.5:
        return 1
    else:
        return 0

for i in map(judge,L2):
    print(i)

在这里插入图片描述

BP网络-数字识别

import numpy as np
from sklearn.datasets import load_digits
from sklearn.preprocessing import LabelBinarizer
from sklearn.cross_validation import train_test_split

def sigmoid(x):
    return 1/(1+np.exp(-x))

def dsigmoid(x):
    return x*(1-x)

class NeuralNetwork:
    def __init__(self,layers):#(64,100,10)
        #权值的初始化,范围-1到1
        self.V = np.random.random((layers[0]+1,layers[1]+1))*2-1
        self.W = np.random.random((layers[1]+1,layers[2]))*2-1
        
    def train(self,X,y,lr=0.11,epochs=10000):
        #添加偏置
        temp = np.ones([X.shape[0],X.shape[1]+1])
        temp[:,0:-1] = X
        X = temp
        
        for n in range(epochs+1):
            i = np.random.randint(X.shape[0]) #随机选取一个数据
            x = [X[i]]
            x = np.atleast_2d(x)#转为2维数据
            
            L1 = sigmoid(np.dot(x,self.V))#隐层输出
            L2 = sigmoid(np.dot(L1,self.W))#输出层输出
            
            L2_delta = (y[i]-L2)*dsigmoid(L2)
            L1_delta= L2_delta.dot(self.W.T)*dsigmoid(L1)
            
            self.W += lr*L1.T.dot(L2_delta)
            self.V += lr*x.T.dot(L1_delta)
            
            #每训练1000次预测一次准确率
            if n%1000==0:
                predictions = []
                for j in range(X_test.shape[0]):
                    o = self.predict(X_test[j])
                    predictions.append(np.argmax(o))#获取预测结果
                accuracy = np.mean(np.equal(predictions,y_test))
                print('epoch:',n,'accuracy:',accuracy)
        
    def predict(self,x):
        #添加偏置
        temp = np.ones(x.shape[0]+1)
        temp[0:-1] = x
        x = temp
        x = np.atleast_2d(x)#转为2维数据

        L1 = sigmoid(np.dot(x,self.V))#隐层输出
        L2 = sigmoid(np.dot(L1,self.W))#输出层输出
        return L2

digits = load_digits()#载入数据
X = digits.data#数据
y = digits.target#标签
#输入数据归一化
X -= X.min()
X /= X.max()

nm = NeuralNetwork([64,100,10])#创建网络

X_train,X_test,y_train,y_test = train_test_split(X,y) #分割数据1/4为测试数据,3/4为训练数据

labels_train = LabelBinarizer().fit_transform(y_train)#标签二值化     0,8,6   0->1000000000  3->0001000000
labels_test = LabelBinarizer().fit_transform(y_test)#标签二值化

print('start')

nm.train(X_train,labels_train,epochs=20000)

print('end')

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

sklearn-神经网络-手写数字识别

# pip install scikit-learn --upgrade
from sklearn.neural_network import MLPClassifier
from sklearn.datasets import load_digits
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.metrics import classification_report,confusion_matrix
digits = load_digits()#载入数据
x_data = digits.data #数据
y_data = digits.target #标签

# 标准化
scaler = StandardScaler()
x_data = scaler.fit_transform(x_data)
x_train,x_test,y_train,y_test = train_test_split(x_data,y_data) #分割数据1/4为测试数据,3/4为训练数据
mlp = MLPClassifier(hidden_layer_sizes=(100,50) ,max_iter=500)
mlp.fit(x_train,y_train )

在这里插入图片描述

predictions = mlp.predict(x_test)
print(classification_report(y_test, predictions))

在这里插入图片描述

print(confusion_matrix(y_test,predictions))

在这里插入图片描述

神经网络-葡萄酒分类

import numpy as np
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.neural_network import MLPClassifier
from sklearn.metrics import classification_report,confusion_matrix
# 载入数据
data = np.genfromtxt("wine_data.csv", delimiter=",")
x_data = data[:,1:]
y_data = data[:,0]
print(x_data.shape)
print(y_data.shape)

在这里插入图片描述

# 数据切分
x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(x_data, y_data)
# 数据标准化
scaler = StandardScaler()
x_train = scaler.fit_transform(x_train)
x_test = scaler.fit_transform(x_test)
# 建模
mlp = MLPClassifier(hidden_layer_sizes=(100,50),max_iter=500)
# 训练
mlp.fit(x_train,y_train)

在这里插入图片描述

# 评估
predictions = mlp.predict(x_test)
print(classification_report(y_test,predictions))

在这里插入图片描述

print(confusion_matrix(y_test,predictions))

在这里插入图片描述

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/qq_37978800/article/details/113836716