基础的贝叶斯神经网络(BNN)回归

下面是一个最基础的贝叶斯神经网络(BNN)回归 示例,采用PyTorch实现,适合入门理解。

这个例子用BNN拟合 y = x + 噪声 的一维回归问题,输出均值和不确定性(方差)。

复制代码
import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 1. 生成数据
np.random.seed(0)
x = np.linspace(-3, 3, 100)
y = x + np.random.normal(0, 0.5, size=x.shape)

# 转为torch tensor
x_train = torch.tensor(x, dtype=torch.float32).unsqueeze(1)
y_train = torch.tensor(y, dtype=torch.float32).unsqueeze(1)

# 2. 定义贝叶斯回归网络(输出均值和log方差)
class BayesianRegressor(nn.Module):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.net = nn.Sequential(
            nn.Linear(1, 32), nn.ReLU(),
            nn.Linear(32, 32), nn.ReLU(),
            nn.Linear(32, 2) # 输出均值和log方差
        )
    def forward(self, x):
        out = self.net(x)
        mean = out[:, 0:1]
        logvar = out[:, 1:2]
        return mean, logvar

# 3. 贝叶斯损失函数(负对数似然)
def bayesian_loss(mean, logvar, target):
    # 对应N(y|mean, exp(logvar))
    return (0.5 * torch.exp(-logvar) * (target - mean) ** 2 + 0.5 * logvar).mean()

# 4. 训练网络
model = BayesianRegressor()
optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.01)

for epoch in range(2000):
    mean, logvar = model(x_train)
    loss = bayesian_loss(mean, logvar, y_train)
    optimizer.zero_grad()
    loss.backward()
    optimizer.step()
    if (epoch+1) % 200 == 0:
        print(f"Epoch {epoch+1}, Loss: {loss.item():.4f}")

# 5. 预测与可视化
x_test = torch.linspace(-3, 3, 100).unsqueeze(1)
mean_pred, logvar_pred = model(x_test)
mean_pred = mean_pred.detach().numpy().flatten()
std_pred = torch.exp(0.5 * logvar_pred).detach().numpy().flatten()

plt.figure(figsize=(8, 5))
plt.scatter(x, y, label='Data', color='gray', s=10)
plt.plot(x, x, 'g--', label='True function')
plt.plot(x_test, mean_pred, 'b-', label='BNN mean')
plt.fill_between(x_test.flatten(), mean_pred-2*std_pred, mean_pred+2*std_pred, color='orange', alpha=0.3, label='BNN ±2std')
plt.legend()
plt.title("Simple Bayesian Neural Network Regression")
plt.show()
相关推荐
zhangshuang-peta3 分钟前
OpenCode vs Claude Code vs OpenAI Codex:AI编程助手全面对比
人工智能·ai agent·mcp·peta
Bruk.Liu6 分钟前
(LangChain 实战14):基于 ChatMessageHistory 自定义实现对话记忆功能
人工智能·python·langchain·agent
代码改善世界7 分钟前
CANN中的AI算子开发:ops-nn仓库深度解读
人工智能
大江东去浪淘尽千古风流人物21 分钟前
【VLN】VLN(Vision-and-Language Navigation视觉语言导航)算法本质,范式难点及解决方向(1)
人工智能·python·算法
云飞云共享云桌面21 分钟前
高性能图形工作站的资源如何共享给10个SolidWorks研发设计用
linux·运维·服务器·前端·网络·数据库·人工智能
IT实战课堂小元酱26 分钟前
大数据深度学习|计算机毕设项目|计算机毕设答辩|flask露天矿爆破效果分析系统开发及应用
人工智能·python·flask
MSTcheng.1 小时前
CANN ops-math:AI 硬件端高效数学运算的算子设计与工程化落地方法
人工智能·深度学习·cann
Dev7z1 小时前
基于深度学习的肺部听诊音疾病智能诊断方法研究
人工智能·深度学习
一灰灰blog1 小时前
Spring AI中的多轮对话艺术:让大模型主动提问获取明确需求
数据库·人工智能·spring
行者无疆_ty1 小时前
什么是Node.js,跟OpenCode/OpenClaw有什么关系?
人工智能·node.js·openclaw