Python 建立的BP神经网络处理预测相关公交线路数据.zip

import math import random import string random.seed(0) # 生成区间[a, b)内的随机数 def rand(a, b): return (b-a)*random.random() + a # 生成大小 I*J 的矩阵，默认零矩阵 (当然，亦可用 NumPy 提速) def makeMatrix(I, J, fill=0.0): m = [] for i in range(I): m.append([fill]*J) return m # 函数 sigmoid，这里采用 tanh，因为看起来要比标准的 1/(1+e^-x) 漂亮些 def sigmoid(x): return math.tanh(x) # 函数 sigmoid 的派生函数, 为了得到输出 (即：y) def dsigmoid(y): return 1.0 - y**2 class NN: ''' 三层反向传播神经网络 ''' def __init__(self, ni, nh, no): # 输入层、隐藏层、输出层的节点（数） self.ni = ni + 1 # 增加一个偏差节点 self.nh = nh self.no = no # 激活神经网络的所有节点（向量） self.ai = [1.0]*self.ni self.ah = [1.0]*self.nh self.ao = [1.0]*self.no # 建立权重（矩阵） self.wi = makeMatrix(self.ni, self.nh) self.wo = makeMatrix(self.nh, self.no) # 设为随机值 for i in range(self.ni): for j in range(self.nh): self.wi[i][j] = rand(-0.2, 0.2) for j in range(self.nh): for k in range(self.no): self.wo[j][k] = rand(-2.0, 2.0) # 最后建立动量因子（矩阵） self.ci = makeMatrix(self.ni, self.nh) self.co = makeMatrix(self.nh, self.no) def update(self, inputs): if len(inputs) != self.ni-1: raise ValueError('与输入层节点数不符！') # 激活输入层 for i in range(self.ni-1): #self.ai[i] = sigmoid(inputs[i]) self.ai[i] = inputs[i] # 激活隐藏层 for j in range(self.nh): sum = 0.0 for i in range(self.ni): sum = sum + self.ai[i] * self.wi[i][j] self.ah[j] = sigmoid(sum) # 激活输出层 for k in range(self.no): sum = 0.0 for j in range(self.nh): sum = sum + self.ah[j] * self.wo[j][k] self.ao[k] = sigmoid(sum) return self.ao[:] def backPropagate(self, targets, N, M): ''' 反向传播 ''' if len(targets) != self.no: raise ValueError('与输出层节点数不符！') # 计算输出层的误差 output_deltas = [0.0] * self.no for k in range(self.no): error = targets[k]-self.ao[k] output_deltas[k] = dsigmoid(self.ao[k]) * error # 计算隐藏层的误差 hidden_deltas = [0.0] * self.nh for j in range(self.nh): error = 0.0 for k in range(self.no): error = error + output_deltas[k]*self.wo[j][k] hidden_deltas[j] = dsigmoid(self.ah[j]) * error # 更新输出层权重 for j in range(self.nh): for k in range(self.no): change = output_deltas[k]*self.ah[j] self.wo[j][k] = self.wo[j][k] + N*change + M*self.co[j][k] self.co[j][k] = change #print(N*change, M*self.co[j][k]) # 更新输入层权重 for i in range(self.ni): for j in range(self.nh): change = hidden_deltas[j]*self.ai[i] self.wi[i][j] = self.wi[i][j] + N*change + M*self.ci[i][j] self.ci[i][j] = change # 计算误差 error = 0.0 for k in range(len(targets)): error = error + 0.5*(targets[k]-self.ao[k])**2 return error def test(self, patterns): for p in patterns: print(p[0], '->', self.update(p[0])) def weights(self): print('输入层权重:') for i in range(self.ni): print(self.wi[i]) print() print('输出层权重:') for j in range(self.nh): print(self.wo[j]) def train(self, patterns, iterations=1000, N=0.5, M=0.1): # N: 学习速率(learning rate) # M: 动量因子(momentum factor) for i in range(iterations): error = 0.0 for p in patterns: inputs = p[0] targets = p[1] self.update(inputs) error = error + self.backPropagate(targets, N, M) if i % 100 == 0: print('误差 %-.5f' % error) def demo(): # 一个演示：教神经网络学习逻辑异或（XOR）------------可以换成你自己的数据试试 pat = [ [[0,0], [0]], [[0,1], [1]], [[1,0], [1]], [[1,1], [0]] ] # 创建一个神经网络：输入层有两个节点、隐藏层有两个节点、输出层有一个节点 n = NN(2, 2, 1) # 用一些模式训练它 n.train(pat) # 测试训练的成果（不要吃惊哦） n.test(pat) # 看看训练好的权重（当然可以考虑把训练好的权重持久化） #n.weights() if __name__ == '__main__': demo()