EP2.numpy实现浅层神经网络

本篇博客详细介绍了如何利用numpy从零开始实现一个简单的浅层神经网络,包括权重初始化、前向传播、损失计算及反向传播等关键步骤。通过实例代码,帮助读者深入理解神经网络的工作原理。

import numpy as np

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

def train():
    hidden_units=4
    learning_rate=0.01
    m=train_x.shape[1]
    iteration_nums=10000
    input_dim=train_x.shape[0]
    output_dim=train_y.shape[0] 
    w1=np.zeros(shape=(hidden_units,input_dim))
    b1=np.zeros(shape=(hidden_units,1))
    w2=np.zeros(shape=(output_dim,hidden_units))
    b1=np.zeros(shape=(output_dim,1))
    for i in range(iteration_nums):
#前向传播(交叉熵损失)
        z1 = np.dot(w1,train_x) + b1
        a1 = np.tanh(z1)
        z2 = np.dot(w2, a1) + b2
        a2 = sigmoid(z2)
        cost=-1/m*np.sum(train_y*np.log(a2)+(1-train_y)*np.log(1-a2))
        print("cost after iteration %i:%f" % (i, cost))
#后向迭代更新参数
        dz2 = a2-train_y
        dw2 = np.dot(dz2,a1.T)/m
        db2 = np.sum(dz2)/m
        dz1 = np.dot(w2.T,dz2)*(1-np.power(a1,2))
        dw1 = np.dot(dz1,train_x.T)/m
        db1 = np.sum(dz1)/m
        w1=w1-dw1*learning_rate
        b1=b1-db1*learning_rate
        w2=w2-dw2*learning_rate
        b2=b2-db2*learning_rate
    return w1,b1,w2,b2

def predict():
    train()
    z1 = np.dot(w1,test_x) + b1
    a1 = np.tanh(z1)
    z2 = np.dot(w2, a1) + b2
    a2 = sigmoid(z2)
    return test_y
    
内容概要:本文系统介绍了算术优化算法(AOA)的基本原理、核心思想及Python实现方法,并通过图像分割的实际案例展示了其应用价值。AOA是一种基于种群的元启发式算法,其核心思想来源于四则运算,利用乘除运算进行全局勘探,加减运算进行局部开发,通过数学优化器加速函数(MOA)和数学优化概率(MOP)动态控制搜索过程,在全局探索与局部开发之间实现平衡。文章详细解析了算法的初始化、勘探与开发阶段的更新策略,并提供了完整的Python代码实现,结合Rastrigin函数进行测试验证。进一步地,以Flask框架搭建前后端分离系统,将AOA应用于图像分割任务,展示了其在实际工程中的可行性与高效性。最后,通过收敛速度、寻优精度等指标评估算法性能,并提出自适应参数调整、模型优化和并行计算等改进策略。; 适合人群:具备一定Python编程基础和优化算法基础知识的高校学生、科研人员及工程技术人员,尤其适合从事人工智能、图像处理、智能优化等领域的从业者;; 使用场景及目标:①理解元启发式算法的设计思想与实现机制;②掌握AOA在函数优化、图像分割等实际问题中的建模与求解方法;③学习如何将优化算法集成到Web系统中实现工程化应用;④为算法性能评估与改进提供实践参考; 阅读建议:建议读者结合代码逐行调试,深入理解算法流程中MOA与MOP的作用机制,尝试在不同测试函数上运行算法以观察性能差异,并可进一步扩展图像分割模块,引入更复杂的预处理或后处理技术以提升分割效果。
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