?? bp.cpp
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#include "iostream.h"#include "iomanip.h"#include "stdlib.h"#include "math.h"#include "stdio.h"#include "time.h"#include "fstream.h"#define N 11 //學習樣本個數#define IN 5 //輸入層神經元數目#define HN 8 //隱層神經元數目#define HC 3 //隱層層數#define ON 3 //輸出層神經元數目#define Z 200000 //舊權值保存-》每次study的權值都保存下來double P[IN]; //單個樣本輸入數據double T[ON]; //單個樣本教師數據double U11[HN][IN]; //輸入層至第一隱層權值double U12[HN][HN]; //第一隱層至第二隱層權值double U23[HN][HN]; //第二隱層至第三隱層權值double V[ON][HN]; //第三隱層至輸出層權值double X1[HN]; //第一隱層的輸入double X2[HN]; //第二隱層的輸入double X3[HN]; //第三隱層的輸入double Y[ON]; //輸出層的輸入double H1[HN]; //第一隱層的輸出double H2[HN]; //第二隱層的輸出double H3[HN]; //第三隱層的輸出double O[ON]; //輸出層的輸出double YU_HN1[HN]; //第一隱層的閾值double YU_HN2[HN]; //第二隱層的閾值double YU_HN3[HN]; //第三隱層的閾值double YU_ON[ON]; //輸出層的閾值double err_m[N]; //第m個樣本的總誤差double a; //學習效率double alpha; //動量因子//定義一個放學習樣本的結構struct {double input[IN]; //輸入在上面定義是五個 double teach[ON]; //輸出在上面定義是三個}Study_Data[N];//學習樣本//bp算法用來保存每次計算的權值struct {double old_U11[HN][IN]; //保存輸入層至隱層權值舊權double old_U12[HN][HN]; //保存第一隱層至第二隱層權值double old_U23[HN][HN]; //保存第二隱層至第三隱層權值double old_V[ON][HN]; //保存第三隱層至輸出層舊權}Old_WV[Z]; saveWV(int m){ for(int i=0;i<HN;i++) { for(int j=0;j<IN;j++) { Old_WV[m].old_U11[i][j] = U11[i][j]; } } for(int i1=0;i1<HN;i1++) { for(int j1=0;j1<HN;j1++) { Old_WV[m].old_U12[i1][j1] = U12[i1][j1]; } } for(int i2=0;i2<HN;i2++) { for(int j2=0;j2<HN;j2++) { Old_WV[m].old_U23[i2][j2] = U23[i2][j2]; } } for(int i3=0;i3<ON;i3++) { for(int j3=0;j3<HN;j3++) { Old_WV[m].old_V[i3][j3] = V[i3][j3]; } } return 1;}/////////////////////////////初始化權、閾值子程序////////////////////////////////initial(){//隱層權、閾值初始化// srand( (unsigned)time( NULL ) ); for(int i=0;i<HN;i++) { for(int j=0;j<IN;j++) U11[i][j]= (double)((rand()/32767.0)*2-1); //初始化輸入層到第一隱層的權值，隨機模擬0 和 1 -1 } for(int i1=0;i1<HN;i1++) { for(int j1=0;j1<HN;j1++) U12[i1][j1]= (double)((rand()/32767.0)*2-1); //初始化第一隱層到第二隱層權值，隨機模擬0 和 1 -1 } for(int i2=0;i2<HN;i2++) { for(int j2=0;j2<HN;j2++) U23[i2][j2]= (double)((rand()/32767.0)*2-1); //初始化第二隱層到第三隱層權值，隨機模擬0 和 1 -1 } for(int i3=0;i3<ON;i3++) { for(int j3=0;j3<HN;j3++) V[i3][j3]= (double)((rand()/32767.0)*2-1); //初始化隱層到輸出層的權值，隨機模擬0 和 1 -1 } for(int k=0;k<HN;k++) { YU_HN1[k] = (double)((rand()/32767.0)*2-1); //第一隱層閾值初始化 ,-0.01 ~ 0.01 之間 } for(int k1=0;k1<HN;k1++) { YU_HN2[k] = (double)((rand()/32767.0)*2-1); //第二隱層閾值初始化 ,-0.01 ~ 0.01 之間 } for(int k2=0;k2<HN;k2++) { YU_HN3[k] = (double)((rand()/32767.0)*2-1); //第三隱層閾值初始化 ,-0.01 ~ 0.01 之間 } for(int kk=0;kk<ON;kk++) { YU_ON[kk] = (double)((rand()/32767.0)*2-1); //輸出層閾值初始化 ,-0.01 ~ 0.01 之間 } 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<ON;k++) T[k]=Study_Data[m].teach[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 sigma1,sigma2,sigma3;int i,i1,i2,j,j1,j2;for (j=0;j<HN;j++){sigma1=0.0; for (i=0;i<IN;i++) sigma1+=U11[j][i]*P[i];//求第一隱層內積 X1[j]=sigma1 - YU_HN1[j];//求第一隱層凈輸入H1[j]=1.0/(1.0+exp(-X1[j]));//求第一隱層輸出sigmoid算法}for (j1=0;j1<HN;j1++){sigma2=0.0; for (i1=0;i1<HN;i1++) sigma2+=U12[j1][i1]*H1[i];//求第二隱層內積 X2[j]=sigma2 - YU_HN2[j];//求第二隱層凈輸入H2[j]=1.0/(1.0+exp(-X2[j]));//求第二隱層輸出sigmoid算法}for (j2=0;j2<HN;j2++){sigma3=0.0; for (i2=0;i2<HN;i2++) sigma3+=U23[j2][i2]*H2[i];//求第三隱層內積 X3[j]=sigma3 - YU_HN3[j];//求第三隱層凈輸入H3[j]=1.0/(1.0+exp(-X3[j]));//求第三隱層輸出sigmoid算法}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]*H3[k];//求輸出層內積 }Y[k]=sigma-YU_ON[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 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_err3[HN];//定義第三隱層各神經元的一般化誤差double e_err2[HN];//定義第二隱層各神經元的一般化誤差double e_err1[HN];//定義第一隱層各神經元的一般化誤差Err_H_I(){double sigma3,sigma2,sigma1;for (int j3=0;j3<HN;j3++) { sigma3=0.0; for (int k3=0;k3<ON;k3++) { sigma3=d_err[k3]*V[k3][j3]; } e_err3[j3]=sigma3*H3[j3]*(1-H3[j3]);//第三隱層各神經元的一般化誤差}for (int j2=0;j2<HN;j2++) { sigma2=0.0; for (int k2=0;k2<HN;k2++) { sigma2=d_err[k2]*V[k2][j2]; } e_err2[j2]=sigma2*H2[j2]*(1-H2[j2]);//第二隱層各神經元的一般化誤差}for (int j1=0;j1<HN;j1++) { sigma1=0.0; for (int k1=0;k1<HN;k1++) { sigma1=d_err[k1]*V[k1][j1]; } e_err1[j1]=sigma1*H1[j1]*(1-H1[j1]);//第一隱層各神經元的一般化誤差}return 1;}//子程序Err_H_I()結束//////////////////////////////////////////////////////////輸出層至第三隱層的權值調整、輸出層閾值調整計算子程序//////////////////////////////////////////////////////////////Delta_O_H3(int m,int n){if(n<=1){ for (int k=0;k<ON;k++) { for (int j=0;j<HN;j++) { V[k][j]=V[k][j]-a*d_err[k]*H3[j];//輸出層至第三隱層的權值調整 } YU_ON[k]-=a*d_err[k];//輸出層閾值調整 }}else if(n>1){ for (int k=0;k<ON;k++) { for (int j=0;j<HN;j++) { V[k][j]=V[k][j]+a*d_err[k]*H3[j]+alpha*(V[k][j]-Old_WV[(n-1)].old_V[k][j]);//輸出層至隱層的權值調整 } YU_ON[k]-=a*d_err[k];//輸出層至隱層的閾值調整 }}return 1;}//子程序Delta_O_H3()結束/////////////////////////////////////////////////////////////////第三隱層至第二隱層的權值調整、第三隱層閾值調整計算子程序////////////////////////////////////////////////////////////////////Delta_H3_H2(int m,int n){if(n<=1){ for (int k=0;k<HN;k++) { for (int j=0;j<HN;j++) { U23[k][j]=U23[k][j]-a*e_err3[k]*H2[j];//第二隱層至第三隱層層的權值調整 } YU_HN3[k]-=a*e_err3[k];//第三隱層閾值調整 }} else if(n>1){ for (int k=0;k<HN;k++) { for (int j=0;j<HN;j++) { U23[k][j]=U23[k][j]+a*e_err3[k]*H2[j]+alpha*(U23[k][j]-Old_WV[(n-1)].old_U23[k][j]);//第二隱層至第三隱層層的權值調整 } YU_HN3[k]-=a*e_err3[k];//第三隱層閾值調整 }}return 1;}//子程序Delta_H3_H2()結束/////////////////////////////////////////////////////////////////第二隱層至第一隱層的權值調整、第二隱層閾值調整計算子程序////////////////////////////////////////////////////////////////////Delta_H2_H1(int m,int n){if(n<=1){ for (int k=0;k<HN;k++) { for (int j=0;j<HN;j++) { U12[k][j]=U12[k][j]-a*e_err2[k]*H1[j];//第一隱層至第二隱層層的權值調整 } YU_HN2[k]-=a*e_err2[k];//第二隱層閾值調整 }} else if(n>1){ for (int k=0;k<HN;k++) { for (int j=0;j<HN;j++) { U12[k][j]=U12[k][j]+a*e_err2[k]*H1[j]+alpha*(U12[k][j]-Old_WV[(n-1)].old_U12[k][j]);//第一隱層至第二隱層層的權值調整 } YU_HN2[k]-=a*e_err2[k];//第二隱層閾值調整 }}return 1;}//子程序Delta_H2_H1()結束///////////////////////////////////////////////////////////////第一隱層至輸入層的權值調整、第一隱層閾值調整計算子程序//////////////////////////////////////////////////////////////////Delta_H1_I(int m,int n){if(n<=1){ for (int j=0;j<HN;j++) { for (int i=0;i<IN;i++) { U11[j][i]=U11[j][i]+a*e_err1[j]*P[i];//第一隱層至輸入層的權值調整 } YU_HN1[j]+=a*e_err1[j];//第一隱層閾值調整 }}else if(n>1){ for (int j=0;j<HN;j++) { for (int i=0;i<IN;i++) { U11[j][i]=U11[j][i]+a*e_err1[j]*P[i]+alpha*(U11[j][i]-Old_WV[(n-1)].old_U11[j][i]);//第一隱層至輸入層的權值調整 } YU_HN1[j]+=a*e_err1[j];//第一隱層閾值調整 }}return 1;}//子程序Delta_H1_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 total_err;}//子程序Err_sum()結束GetTrainingData(){ ifstream GetTrainingData ( "訓練樣本.txt", ios::in ); for(int m=0;m<N;m++) { for(int i=0;i<IN;i++) { GetTrainingData>>Study_Data[m].input[i]; //取得輸入數據 } for(int j=0;j<ON;j++) { GetTrainingData>>Study_Data[m].teach[j]; //取得輸出數據 } } GetTrainingData.close(); return 1;}void savequan(){ ofstream outQuanFile( "權值.txt", ios::out ); ofstream outYuFile( "閾值.txt", ios::out ); outQuanFile<<"A\n"; for(int i=0;i<HN;i++) { for(int j=0;j<IN;j++) { outQuanFile<<U11[i][j]<<" "; } outQuanFile<<"\n"; }//取得輸入層至第一隱層權值 outQuanFile<<"B\n"; for(int i1=0;i1<HN;i1++) { for(int j1=0;j1<HN;j1++) { outQuanFile<<U12[i1][j1]<<" "; } outQuanFile<<"\n"; }//取得第一隱層至第二隱層權值 outQuanFile<<"C\n"; for(int i2=0;i2<HN;i2++) { for(int j2=0;j2<HN;j2++) { outQuanFile<<U23[i2][j2]<<" "; } outQuanFile<<"\n"; }//取得第二隱層至第三隱層權值 outQuanFile<<"D\n"; for(int i3=0;i3<ON;i3++) { for(int j3=0;j3<HN;j3++) { outQuanFile<<V[i3][j3]<<" "; } outQuanFile<<"\n"; }//取得第三隱層至輸出層權值 outYuFile<<"\n第一隱層的閾值為:\n"; for(int k1=0;k1<HN;k1++) { outYuFile<<YU_HN1[k1]<<" "; //隱層閾值寫入文本 } outYuFile<<"\n第二隱層的閾值為:\n"; for(int k2=0;k2<HN;k2++) { outYuFile<<YU_HN2[k2]<<" "; //隱層閾值寫入文本 } outYuFile<<"\n第三隱層的閾值為:\n"; for(int k3=0;k3<HN;k3++) { outYuFile<<YU_HN3[k3]<<" "; //隱層閾值寫入文本 } outYuFile<<"輸出層的閾值為:\n"; for(int k=0;k<ON;k++) { outYuFile<<YU_ON[k]<<" "; //輸出層閾值寫入文本 } outQuanFile.close();}/**********************//**程序入口，即主程序**//**********************/void main(){double sum_err;int study;//訓練次數double a = 0.6;//學習速率，即步長double alpha = 0.8; //動量因子study=0; //學習次數double Pre_error ; //預定誤差Pre_error = 0.0001;int Pre_times;Pre_times = 200;GetTrainingData();//輸入樣本 (1)initial(); //隱層、輸出層權、閾值初始化 (2)do{++study; for (int m=0;m<N;m++) {input_P(m); //輸入第m個學習樣本 input_T(m);//輸入第m個樣本的教師信號 H_I_O(); //第m個學習樣本隱層各神經元輸入、輸出值 O_I_O(); //第m個學習樣本輸出層各神經元輸入、輸出值 (3)Err_O_H(m); //第m個學習樣本輸出層至隱層一般化誤差 Err_H_I(); //第m個學習樣本隱層至輸入層一般化誤差 (4)Delta_O_H3(m,study); //第m個學習樣本輸出層至第三隱層權值、閾值調整、修改Delta_H3_H2(m,study); //第m個學習樣本第三隱層至第二隱層的權值、閾值調整、修改Delta_H2_H1(m,study); //第m個學習樣本第二隱層至第一隱層的權值、閾值調整、修改Delta_H1_I(m,study); //第m個學習樣本第一隱層至輸入層的權值、閾值調整、修改 (5) } //全部樣本訓練完畢sum_err=Err_Sum(); //全部樣本全局誤差計算 saveWV(study); //把本次的學習權值全保存到數組cout<<"第"<<study<<"次學習的均方誤差為"<<sum_err<<endl;}while (sum_err > Pre_error); // (6)cout<<"網絡已經學習了"<<study<<"次,學習的均方誤差為"<<sum_err<<endl;savequan();}?? 快捷鍵說明
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