#include "iostream.h"
#include "iomanip.h"
#define N 20 //學習樣本個數
#define IN 1 //輸入層神經元數目
#define HN 8 //隱層神經元數目
#define ON 1 //輸出層神經元數目
double P[IN]; //單個樣本輸入數據
double T[ON]; //單個樣本教師數據
double W[HN][IN]; //輸入層至隱層權值
double V[ON][HN]; //隱層至輸出層權值
double X[HN]; //隱層的輸入
double Y[ON]; //輸出層的輸入
double H[HN]; //隱層的輸出
double O[ON]; //輸出層的輸出
double sita[HN]; //隱層的閾值
double gama[ON]; //輸出層的閾值
double err_m[N]; //第m個樣本的總誤差
double alpha; //輸出層至隱層的學習效率
double beta; //隱層至輸入層學習效率
//定義一個放學習樣本的結構
struct {
double input[IN];
double teach[ON];
}Study_Data[N][IN];
 
///////////////////////////
//初始化權、閾值子程序/////
///////////////////////////
initial()
{
float sgn;
float rnd;
int i,j;
//隱層權、閾值初始化//
  {
  //sgn=pow((-1),random(100));
  sgn=rand();
  rnd=sgn*(rand()%100);
  W[j][i]= rnd/100;//隱層權值初始化。
  }
//randomize();
  {
//sgn=pow((-1),random(1000));
  sgn=rand();
  rnd=sgn*(rand()%1000);
  sita[j]= rnd/1000;//中間層閾值初始化
  cout<<"sita"<<sita[j]<<endl;
  }
//輸出層權、閾值初始化//
//randomize();
for (int k=0;k<ON;k++)
 for (int j=0;j<HN;j++) 
 {
 //sgn=pow((-1),random(1000));
   sgn=rand();
   rnd=sgn*(rand()%1000);
   V[k][j]=rnd/1000;//第m個樣本輸出層權值初始化
 }
//randomize();
  {
  //sgn=pow((-1),random(10));
  sgn=rand();
  rnd=sgn*(rand()%10);
  gama[k]=rnd/10;//輸出層閾值初始化
  cout<<"gama[k]"<<endl;
  }
  return 1;
 
}//子程序initial()結束


////////////////////////////////
////第m個學習樣本輸入子程序///
///////////////////////////////
input_P(int m)
{
for (int i=0;i<IN;i++)
 P[i]=Study_Data[m]->input[i];
//獲得第m個樣本的數據
//cout<<"第"< //fprintf(fp,"第%d個樣本的學習輸入：
//P[%d]=%f\n",m,P[i]);
return 1;
}//子程序input_P(m）結束

/////////////////////////////
////第m個樣本教師信號子程序//
/////////////////////////////
input_T(int m)
{
for (int k=0;k<m;k++)
 T[k]=Study_Data[m]->teach[k];
//cout<<"第"< //fprintf(fp,"第%d個樣本的教師信號：T[%d]=%f\n",m,T[k]);
return 1;
}//子程序input_T(m)結束

/////////////////////////////////
//隱層各單元輸入、輸出值子程序///
/////////////////////////////////
H_I_O(){
double sigma;
int i,j;
for (j=0;j<HN;j++)
 sigma=0.0;
for (i=0;i<IN;i++)
 sigma+=W[j][i]*P[i];//求隱層內積
}
X[j]=sigma - sita[i];//求隱層凈輸入
H[j]=1.0/(1.0+exp(-X[j]));//求隱層輸出
}
return 1;
}//子程序H_I_O()結束

///////////////////////////////////
//輸出層各單元輸入、輸出值子程序///
///////////////////////////////////
O_I_O()
{
double sigma;
for (int k=0;k<ON;k++)
 sigma=0.0;
for (int j=0;j<HN;j++)
 sigma+=V[k][j]*H[k];//求輸出層內積
}
Y[k]=sigma-gama[k]; //求輸出層凈輸入
O[k]=1.0/(1.0+exp(-Y[k]));//求輸出層輸出
}
return 1;
}//子程序O_I_O()結束

////////////////////////////////////
//輸出層至隱層的一般化誤差子程序////
////////////////////////////////////
double d_err[ON];
Err_O_H(int m)
{
double abs_err[ON];//每個樣本的絕對誤差都是從0開始的
double sqr_err=0;//每個樣本的平方誤差計算都是從0開始的
//for (int output=0;output<ON;output++)  //output???
  for (int k=0;k<ON;k++)
	 abs_err[k]=T[k]-O[k];
//求第m個樣本下的第k個神經元的絕對誤差
sqr_err+=(abs_err[k])*(abs_err[k]);//求第m個樣本下輸出層的平方誤差

d_err[k]=abs_err[k]*O[k]*(1.0-O[k]);//d_err[k]輸出層各神經元的一般化誤差
}
err_m[m]=sqr_err/2;//第m個樣本下輸出層的平方誤差/2=第m個樣本的均方誤差
return 1;
}//子程序Err_O_H(m)結束

////////////////////////////////////
//隱層至輸入層的一般化誤差子程序////
////////////////////////////////////
double e_err[HN];
Err_H_I(){
double sigma;
//for (int hidden=0;hidden
  for (int j=0;j<HN;j++) 
	 sigma=0.0;
     for (int k=0;k<ON;k++) 
      sigma=d_err[k]*V[k][j];
}
e_err[j]=sigma*H[j]*(1-H[j]);//隱層各神經元的一般化誤差
}
return 1;
}//子程序Err_H_I()結束

////////////////////////////////////////////////////////
//輸出層至隱層的權值調整、輸出層閾值調整計算子程序//////
////////////////////////////////////////////////////////
Delta_O_H(int m,FILE* fp)
{
for (int k=0;k<ON;k++)
 for (int j=0;j<HN;j++)
	 //cout<<"第"< fprintf(fp,"第%d個樣本時的輸出層至隱層的權值為：%f\n",m,W[k][j]);
  V[k][j]+=alpha*d_err[k]*H[j];//輸出層至隱層的權值調整
}
gama[k]+=alpha*d_err[k];//輸出層至隱層的閾值調整
}
return 1;
}//子程序Delta_O_H()結束

/////////////////////////////////////////////////////
//隱層至輸入層的權值調整、隱層閾值調整計算子程序/////
/////////////////////////////////////////////////////
Delta_H_I(int m,FILE* fp)
{
for (int j=0;j<HN;j++)
  for (int i=0;i<IN;i++) 
	//cout<<"第"< fprintf(fp,"第%d個樣本時的輸出層至隱層的權值為：%f\n",m,V[j][i]);
W[j][i]+=beta*e_err[j]*P[i];//隱層至輸入層的權值調整
}
sita[j]+=beta*e_err[j];
}
return 1;
}//子程序Delta_H_I()結束

/////////////////////////////////
//N個樣本的全局誤差計算子程序////
/////////////////////////////////
double Err_Sum()
{
double total_err=0;
for (int m=0;m<N;m++) 
  total_err+=err_m[m];//每個樣本的均方誤差加起來就成了全局誤差
}
return 1;
}//子程序Err_sum()結束

/**********************/
/**程序入口，即主程序**/
/**********************/
main()
{
FILE *fp;
double sum_err;
int study;//訓練次數

if ((fp=fopen("bp.txt","a+"))==NULL)
{
printf("不能創建bp.txt文件!\n");
exit(1);
}
cout<<"請輸入輸出層到隱含層學習效率: alpha=\n";
cin>>alpha;

cout<<"請輸入隱含層到輸入層學習效率: beta=\n";
cin>>beta;

int study=0; //學習次數
double Pre_error ; //預定誤差
cout<<"請輸入預定誤差: Pre_error= \n";
cin>>Pre_error;

int Pre_times;
cout<<"請輸入預定最大學習次數:Pre_times=\n";
cin>>Pre_times;

cout<<"請輸入學習樣本數據\n";
{
for (int m=0;m<N;m++)
  cout<<"請輸入第"<<m+1<<"組學習樣本"<<endl; 
   for (int i=0;i<IN;i++)
    cin>>Study_Data[m]->input[i];
}
{  
for (int m=0;m<N;m++)
 cout<<"請輸入第"<<m+1<<"組教師樣本"<<endl; 
  for (int k=0;k<ON;k++)
	cin>>Study_Data[m]->teach[k];
}

initial(); //隱層、輸出層權、閾值初始化 (1) 
do
{
++study; ///???
for (int m=0;m<N;m++) 
{
input_P(m); //輸入第m個學習樣本 (2)
input_T(m);//輸入第m個樣本的教師信號 (3)
H_I_O(); //第m個學習樣本隱層各單元輸入、輸出值 (4)
O_I_O(); //第m個學習樣本輸出層各單元輸入、輸出值 (5)
Err_O_H(m); //第m個學習樣本輸出層至隱層一般化誤差 (6) 
Err_H_I(); //第m個學習樣本隱層至輸入層一般化誤差 (7)
Delta_O_H(m,fp); //第m個學習樣本輸出層至隱層權閾值調整、修改 (8)
Delta_H_I(m,fp); //第m個學習樣本隱層至輸入層權閾值調整、修改 (9)
} //全部樣本訓練完畢

sum_err=Err_Sum(); //全部樣本全局誤差計算 (10)
{
cout<<"第"<<study<<"次學習的均方誤差為"<<sum_err<<endl;
fprintf(fp,"第%d次學習的均方誤差為：%f\n",study,sum_err);
}

while (sum_err > Pre_error)    //or(study
{	//N個樣本全局誤差小于預定誤差否？ 小于則退出 (11)
cout<<"網絡已經學習了"<<study<<"次,學習的均方誤差為"<<sum_err<<endl;
fprintf(fp,"網絡已經學習了%d次，現在的全局誤差為：%f\n",study,total_err);
fclose(fp);
}
char s;
cout<<"請隨便輸入一個字符，按回車退出程序！\n";
cin>>s;
return 1;
}