mybp.cpp

不错的BP算法

#include "iostream.h"//输入输出流
#include "iomanip.h" //控制输入输出的宽度
#include "stdlib.h"
#include "math.h"
#include "stdio.h"//
#include "time.h"//时间函数
#include "fstream.h"// 文件流
#define N 160//学习样本个数
#define IN 11 //输入层神经元数目
#define HN 20//隐层神经元数目
#define ON 3 //输出层神经元数目
double P[IN]; //单个样本输入数据
double T[ON]; //单个样本教师数据
double W[HN][IN]; //输入层至隐层权值
double V[ON][HN]; //隐层至输出层权值
double X[HN]; //隐层的净输入
double Y[ON]; //输出层的输入
double H[HN]; //隐层的输出
double O[ON]; //输出层的输出
double YU_HN[HN]; //隐层的阈值
double YU_ON[ON]; //输出层的阈值
double err_m[N]; //第m个样本的总误差
double a; //输出层至隐层的学习效率
double b; //隐层至输入层学习效率

//定义一个放学习样本的结构
struct {
double input[IN]; //输入在上面定义 	
double teach[ON]; //输出在上面定义 
}Study_Data[N];//学习样本
 
///////////////////////////
//初始化权、阈值子程序/////
///////////////////////////
initial()
{
//隐层权、阈值初始化//
	srand( (unsigned)time( NULL ) ); //以时间函数作为随机数种子数

	for(int i=0;i<HN;i++)
	{
		for(int j=0;j<IN;j++)
			W[i][j]= (double)((rand()/32767.0)*2-1); 
		// 初始化输入层到隐层的权值，随机模拟0 和 1 -1	
		//32767是rand()函数的最大值0x7fff
	}
	for(int ii=0;ii<ON;ii++)
	{
		for(int jj=0;jj<HN;jj++)
			V[ii][jj]= (double)((rand()/32767.0)*2-1); //初始化隐层到输出层的权值，随机模拟0 和 1 -1
	}
	for(int k=0;k<HN;k++)
	{
		YU_HN[k] = (double)((rand()/32767.0)*2-1);  //隐层阈值初始化 ,-1到1之间
	}
	for(int kk=0;kk<ON;kk++)
	{
		YU_ON[kk] = (double)((rand()/32767.0)*2-1); //输出层阈值初始化 ,-1到1之间
	}
  return 1;
}//子程序initial()结束

////////////////////////////////
////第m个学习样本输入子程序///
///////////////////////////////
input_P(int m)
{
for (int i=0;i<IN;i++)
 P[i]=Study_Data[m].input[i];
//获得第m个样本的数据
return 1;
}//子程序input_P(m）结束

/////////////////////////////
////第m个样本教师信号子程序//
/////////////////////////////
input_T(int m)
{
for (int k=0;k<m;k++)
T[k]=Study_Data[m].teach[k];
return 1;
}//子程序input_T(m)结束


/////////////////////////////////
//隐层各单元输入、输出值子程序///
/////////////////////////////////
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];//求隐层内积
		
X[j]=sigma - YU_HN[i];//求隐层净输入，为什么减隐层的阀值(有公式可证明)
H[j]=1.0/(1.0+exp(-X[j]));//求隐层输出 siglon算法
}
return 1;
}//子程序H_I_O()结束

///////////////////////////////////
//输出层各单元输入、输出值子程序///
///////////////////////////////////
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];//求输出层内积
}
Y[k]=sigma-YU_ON[k]; //求输出层净输入
O[k]=1.0/(1.0+exp(-Y[k]));//求输出层输出
}
return 1;
}//子程序O_I_O()结束


////////////////////////////////////
//输出层至隐层的一般化误差子程序////
////////////////////////////////////
double d_err[ON];
Err_O_H(int m)
{
double abs_err[ON];//每个样本的绝对误差都是从0开始的
double sqr_err=0;//每个样本的平方误差计算都是从0开始的
for (int k=0;k<ON;k++){
  abs_err[k]=T[k]-O[k];
//求第m个样本下的第k个神经元的绝对误差
sqr_err+=(abs_err[k])*(abs_err[k]);//求第m个样本下输出层的平方误差
d_err[k]=abs_err[k]*O[k]*(1.0-O[k]);//d_err[k]输出层各神经元的一般化误差
}
err_m[m]=sqr_err/2;//第m个样本下输出层的平方误差/2=第m个样本的均方误差
return 1;
}//子程序Err_O_H(m)结束


////////////////////////////////////
//隐层至输入层的一般化误差子程序////
////////////////////////////////////
double e_err[HN];
Err_H_I(){
double sigma=0.0;
for (int j=0;j<HN;j++) {
 sigma=0.0;
  for (int k=0;k<ON;k++) {
      sigma+=d_err[k]*V[k][j];//我认为是加权和 +=
}
e_err[j]=sigma*H[j]*(1-H[j]);//隐层各神经元的一般化误差
}
return 1;
}//子程序Err_H_I()结束


////////////////////////////////////////////////////////
//输出层至隐层的权值调整、输出层阈值调整计算子程序//////
////////////////////////////////////////////////////////
Delta_O_H(int m)
{
for (int k=0;k<ON;k++){
		for (int j=0;j<HN;j++)
		{
			V[k][j]+=a*d_err[k]*H[j];//输出层至隐层的权值调整
		}
YU_ON[k]+=a*d_err[k];//输出层至隐层的阈值调整
}
return 1;
}//子程序Delta_O_H()结束


/////////////////////////////////////////////////////
//隐层至输入层的权值调整、隐层阈值调整计算子程序/////
/////////////////////////////////////////////////////
Delta_H_I(int m)
{
for (int j=0;j<HN;j++){
	for (int i=0;i<IN;i++) 
	{
		W[j][i]+=b*e_err[j]*P[i];//隐层至输入层的权值调整
	}
YU_HN[j]+=b*e_err[j];
}
return 1;
}//子程序Delta_H_I()结束



/////////////////////////////////
//N个样本的全局误差计算子程序////
/////////////////////////////////
double Err_Sum()
{
double total_err=0;
for (int m=0;m<N;m++) {
  total_err+=err_m[m];//每个样本的均方误差加起来就成了全局误差
}
return total_err/N;
}//子程序Err_sum()结束


GetTrainingData()
{
	ifstream TrainingData ( "油品训练样本.txt", ios::in );
    int m,i,j;
	for(m=0;m<N;m++)
	{
		for(i=0;i<IN;i++)
		{
			TrainingData>>Study_Data[m].input[i];  //取得输入数据
		}
		for(j=0;j<ON;j++)
		{
			TrainingData>>Study_Data[m].teach[j];  //取得输出数据
		}
	}
  //数据进行归一化处理开始
  double maxinput[IN],mininput[IN],maxoutput[ON],minoutput[ON];
  for (i=0; i<IN; i++)
  {	maxinput[i] = mininput[i] = Study_Data[0].input[i];}
  
  for (i=0; i<ON; i++)
  {maxoutput[i] = minoutput[i] = Study_Data[0].teach[i];}
		 
  for ( m=1; m<N;m++)
  {
	  for( i=0;i<IN;i++)
	  {
		 
		  if (Study_Data[m].input[i]>maxinput[i])
			maxinput[i]=Study_Data[m].input[i];
		  if (Study_Data[m].input[i]<mininput[i])
			 mininput[i]=Study_Data[m].input[i];	  }
       
	  for(j=0;j<ON;j++)
	   { 
		   if (Study_Data[m].teach[j]>maxoutput[j])
				maxoutput[j]=Study_Data[m].teach[j];
		   if (Study_Data[m].teach[j]<minoutput[j])
				minoutput[j]=Study_Data[m].teach[j];
	   }     
  }
   for( m=0;m<N;m++)
   {  
	   for( i=0;i<IN;i++)
	   {
		   Study_Data[m].input[i]=(Study_Data[m].input[i]-mininput[i])/(maxinput[i]-mininput[i]);
	   }
       for( j=0;j<ON;j++)
	   {
			Study_Data[m].teach[j]=(Study_Data[m].teach[j]-minoutput[j])/(maxoutput[j]-minoutput[j]);
	   }
   }

// 数据归一化结束//
	TrainingData.close();
	return 1;
}

void savequan()
{
	ofstream outQuanFile( "油品权值.txt", ios::out );
	ofstream outYuFile( "油品阈值.txt", ios::out );
	outQuanFile<<"A\n";
	for(int i=0;i<HN;i++)
	{
		for(int j=0;j<IN;j++)
		{
			outQuanFile<<W[i][j]<<"   ";
		}
		outQuanFile<<"\n";
	}
	outQuanFile<<"B\n";
	for(int ii=0;ii<ON;ii++)
	{
		for(int jj=0;jj<HN;jj++)
		{
			outQuanFile<<V[ii][jj]<<"   ";
		}
		outQuanFile<<"\n";
	}
	outYuFile<<"输出层的阈值为:\n";
	for(int k=0;k<ON;k++)
	{
		outYuFile<<YU_ON[k]<<"  ";  //输出层阈值写入文本
	}
	outYuFile<<"\n隐层的阈值为:\n";
	for(int kk=0;kk<HN;kk++)
	{
		outYuFile<<YU_HN[kk]<<"  ";  //隐层阈值写入文本
	}
	outQuanFile.close();
}
/**********************/
/**程序入口，即主程序**/
/**********************/
void main()
{
double sum_err;
int study;//训练次数

a = 0.1;
b = 0.6;

study=0; //学习次数
double Pre_error ; //预定误差
Pre_error = 0.1;

int Pre_times;
Pre_times = 200;

GetTrainingData();
initial(); //隐层、输出层权、阈值初始化 (1) 
do
{
++study; 
for (int m=0;m<N;m++) 
{
input_P(m); //输入第m个学习样本 (2)
input_T(m);//输入第m个样本的教师信号 (3)
H_I_O(); //第m个学习样本隐层各单元输入、输出值 (4)
O_I_O(); //第m个学习样本输出层各单元输入、输出值 (5)
Err_O_H(m); //第m个学习样本输出层至隐层一般化误差 (6) 
Err_H_I(); //第m个学习样本隐层至输入层一般化误差 (7)
Delta_O_H(m); //第m个学习样本输出层至隐层权阈值调整、修改 (8)
Delta_H_I(m); //第m个学习样本隐层至输入层权阈值调整、修改 (9)
} //全部样本训练完毕
sum_err=Err_Sum(); //全部样本全局误差计算 (10)
cout<<"第"<<study<<"次学习的均方误差为"<<sum_err<<endl;
}while ((sum_err > Pre_error)&&(study<Pre_times)); 

cout<<"网络已经学习了"<<study<<"次,学习的均方误差为"<<sum_err<<endl;
savequan();

}