深度学习入门简单实现一个神经网络

实现一个三层神经网络

引言

今天我们实现一个简单的神经网络

俩个输入神经元 隐藏层两个神经元 一个输出神经元

激活函数我们使用sigmoid

优化方法使用梯度下降

我们前期准备是需要把这些神经元的关系理清楚

x1:第一个输入

x2:第二个输入

w11_1:第一层的第一个神经元在第一个输入上的权重

w12_1:第一层的第二个神经元在第一个输入上的权重

b1_1:第一层第一个神经元的偏置项(截距)

z1_1:第一层第一个神经元的线性函数

a1_1:第一层第一个神经元的激活函数

w21_1:第一层的第一个神经元在第一个输入上的权重

w22_1:第一层的第一个神经元在第一个输入上的权重

b2_1:第一层第二个神经元的偏置项(截距)

z1_1:第一层第二个神经元的线性函数

a1_1:第一层第二个神经元的激活函数

w11_2:第二层的第一个神经元在第一个输入上的权重

w21_2:第二层的第二个神经元在第一个输入上的权重

b1_2:第二层第一个神经元的偏置项(截距)

z1_1:第二层第一个神经元的线性函数

a1_1:第二层第一个神经元的激活函数

e:损失函数

测试数据

dataset 可以使用西瓜书89页的西瓜数据集3.0α

代码

python 复制代码
import numpy as np
import sympy
import dataset
from matplotlib import pyplot as plt


def sigmod(b):
    return 1 / (1 + np.exp(-b))


xs, ys = dataset.get_beans(100)  # 获取数据
plt.title("Size-Toxicity Funciton", fontsize=12)  # 设置图片的标题
plt.xlabel("Bean Size")  # 设置行标签
plt.ylabel("Toxicity")  # 设置列标签

plt.scatter(xs, ys)  # 画散点图

"""
命名规则
下划线后面的数字表示被输入的神经元所在的层数
字母后面的数字表示第一个数字表示第几个输入
第二个数字表示被输入的神经元在他所在层数的位置
"""
# 第一层
# 第一个神经元
w11_1 = np.random.rand()
b1_1 = np.random.rand()
# 第二个神经元
w12_1 = np.random.rand()
b2_1 = np.random.rand()
# 第二层
w11_2 = np.random.rand()
w21_2 = np.random.rand()
b1_2 = np.random.rand()


# 前向传播 代价函数 y0 = 1/(1+e^(-(wx+b)))
def forward_propgation(xs):
    z1_1 = w11_1 * xs + b1_1
    a1_1 = sigmod(z1_1) # 第一层第一个神经元的代价函数值

    z2_1 = w12_1 * xs + b2_1
    a2_1 = sigmod(z2_1)  # 第一层第二个神经元的代价函数值

    z1_2 = w11_2 * a1_1 + w21_2 * a2_1 + b1_2
    a1_2 = sigmod(z1_2)   # 第二层第一个神经元的代价函数值
    return a1_2, z1_2, a2_1, z2_1, a1_1, z1_1



a1_2, z1_2, a2_1, z2_1, a1_1, z1_1 = forward_propgation(xs)
# plt.plot(xs, a1_2)
# plt.show()

# 随机梯度下降
for j in range(5000):
    for i in range(100):
        x = xs[i]
        y = ys[i]
        # 先来一次前向传播
        a1_2, z1_2, a2_1, z2_1, a1_1, z1_1 = forward_propgation(x)
        # 开始反向传播
        # 误差代价函数e
        """
            z1_1 = w11_1 * xs + b1_1
            a1_1 = sigmod(z1_1) # 第一层第一个神经元的代价函数值

            z2_1 = w12_1 * xs + b2_1
            a2_1 = sigmod(z2_1)  # 第一层第二个神经元的代价函数值

            z1_2 = w11_2 * a1_1 + w21_2 * a2_1
            a1_2 = sigmod(z1_2)   # 第二层第一个神经元的代价函数值
        """
        e = (y - a1_2) ** 2  # 误差e = (y - 最后一个神经元得出的值)^2
        deda1_2 = -2*(y - a1_2)  # 对a1_2 第二层的第一个神经元的函数求导
        da1_2dz1_2 = a1_2 * (1 - a1_2)  # da1_2对dz1_2求导数
        dz1_2dw11_2 = a1_1  # dz1_2对w11_2求导数
        dz1_2dw21_2 = a2_1  # dz1_2对dw21_2求导
        dedw11_2 = deda1_2 * da1_2dz1_2 * dz1_2dw11_2  # de对dw11_2求偏导
        dedw21_2 = deda1_2 * da1_2dz1_2 * dz1_2dw21_2  # de对dw21_2求偏导
        dz1_2db1_2 = 1  # z1_2对db1_2求偏导
        dedb1_2 = deda1_2 * da1_2dz1_2 * dz1_2db1_2  # de对db1_2求偏导

        dz1_2da1_1 = w11_2  # dz1_2对da1_1求偏导
        da1_1dz1_1 = a1_1 * (1 - a1_1)  # da1_1对dz1_1 求偏导
        dz1_1dw11_1 = x  # dz1_1对dw11_1求偏导
        dedw11_1 = deda1_2 * da1_2dz1_2 * dz1_2da1_1 * da1_1dz1_1 * dz1_1dw11_1  # e对w11_1求导
        dz1_1db1_1 = 1  # z1_1对b1_1求导
        dedb1_1 = deda1_2 * da1_2dz1_2 * dz1_2da1_1 * da1_1dz1_1 * dz1_1db1_1  # e对b1_1求导

        dz1_2da2_1 = w21_2  # z1_2 对a2_1 求导
        da2_1dz2_1 = a2_1 * (1 - a2_1)  # a2_1 对z2_1求导
        dz2_1dw12_1 = x  # z2_1对w12_1
        dedw12_1 = deda1_2 * da1_2dz1_2 * dz1_2da1_1 * da2_1dz2_1 * dz2_1dw12_1  # e对w12_1求导
        dz2_1db2_1 = 1  # z2_1 对 b2_1求导
        dedb2_1 = deda1_2 * da1_2dz1_2 * dz1_2da1_1 * da2_1dz2_1 * dz2_1db2_1  # e 对 b2_1求导

        alpha = 0.03
        w11_2 = w11_2 - alpha * dedw11_2  # 调整w11_2
        w21_2 = w21_2 - alpha * dedw21_2  # 调整21_2
        b1_2 = b1_2 - alpha * dedb1_2  # 调整b1_2

        w12_1 = w12_1 - alpha * dedw12_1  # 调整w12_1
        b2_1 = b2_1 - alpha * dedb2_1  # 调整 b2_1

        w11_1 = w11_1 - alpha * dedw11_1  # 调整 w11_1
        b1_1 = b1_1 - alpha * dedb1_1  # 调整b1_1
    if j % 100 == 0:
        plt.clf()  # 清空窗口
        plt.scatter(xs, ys)
        a1_2, z1_2, a2_1, z2_1, a1_1, z1_1 = forward_propgation(xs)
        plt.plot(xs, a1_2)
        plt.pause(0.01)  # 暂停0.01秒
相关推荐
2501_938140073 小时前
做内容很省心,2026好用AI笔记,支持抖音小红书视频无水印保存
人工智能
sell-cloud6 小时前
Prompt Engineering要凉了?Fable 5.5能“猜“意图,但银行正在封杀AI Agent——企业AI的真正护城河是什么
人工智能·prompt
Navicat中国7 小时前
Navicat 18 内置 AI 助手让数据库开发从繁琐操作迈向智能协作
大数据·人工智能·数据库开发
4SAPI8 小时前
多模型请求路由怎么设计?成本、速度和能力如何平衡
人工智能·python·gateway·php
魔乐社区8 小时前
翼芯・智算测试与适配优化专区,让国产算力“选得准、跑得通、用得好“
人工智能·开源·大模型
XCDoris10 小时前
郴州logo设计机构
大数据·人工智能·python
Goboy10 小时前
一个人带三个Agent,我用全新TRAE从0到1搭了个资讯周刊站
人工智能·trae
俊哥V10 小时前
每日 AI 研究简报 · 2026-10-19
人工智能·ai
AI_AGENT_DEV_AI10 小时前
AI英语教培智能体的开发
人工智能
物联网软硬件开发-轨物科技10 小时前
【技术白皮书】光伏清检一体化机器人系统解决方案技术白皮书
大数据·运维·网络·人工智能·机器人