自适应线性神经网络Adaline
自适应线性神经网络Adaptive linear network, 是神经网络的入门级别网络。
相对于感知器,
- 采用了f(z)=z的激活函数,属于连续函数。
- 代价函数为LMS函数,最小均方算法,Least mean square。
实现上,采用随机梯度下降,由于更新的随机性,运行多次结果是不同的。
- '''
- Adaline classifier
- created on 2019.9.14
- author: vince
- '''
- import pandas
- import math
- import numpy
- import logging
- import random
- import matplotlib.pyplot as plt
- from sklearn.datasets import load_iris
- from sklearn.model_selection import train_test_split
- from sklearn.metrics import accuracy_score
- '''
- Adaline classifier
- Attributes
- w: ld-array = weights after training
- l: list = number of misclassification during each iteration
- '''
- class Adaline:
- def __init__(self, eta = 0.001, iter_num = 500, batch_size = 1):
- '''
- eta: float = learning rate (between 0.0 and 1.0).
- iter_num: int = iteration over the training dataset.
- batch_size: int = gradient descent batch number,
- if batch_size == 1, used SGD;
- if batch_size == 0, use BGD;
- else MBGD;
- '''
- self.eta = eta;
- self.iter_num = iter_num;
- self.batch_size = batch_size;
- def train(self, X, Y):
- '''
- train training data.
- X:{array-like}, shape=[n_samples, n_features] = Training vectors,
- where n_samples is the number of training samples and
- n_features is the number of features.
- Y:{array-like}, share=[n_samples] = traget values.
- '''
- self.w = numpy.zeros(1 + X.shape[1]);
- self.l = numpy.zeros(self.iter_num);
- for iter_index in range(self.iter_num):
- for rand_time in range(X.shape[0]):
- sample_index = random.randint(0, X.shape[0] - 1);
- if (self.activation(X[sample_index]) == Y[sample_index]):
- continue;
- output = self.net_input(X[sample_index]);
- errors = Y[sample_index] - output;
- self.w[0] += self.eta * errors;
- self.w[1:] += self.eta * numpy.dot(errors, X[sample_index]);
- break;
- for sample_index in range(X.shape[0]):
- self.l[iter_index] += (Y[sample_index] - self.net_input(X[sample_index])) ** 2 * 0.5;
- logging.info("iter %s: w0(%s), w1(%s), w2(%s), l(%s)" %
- (iter_index, self.w[0], self.w[1], self.w[2], self.l[iter_index]));
- if iter_index > 1 and math.fabs(self.l[iter_index - 1] - self.l[iter_index]) < 0.0001:
- break;
- def activation(self, x):
- return numpy.where(self.net_input(x) >= 0.0 , 1 , -1);
- def net_input(self, x):
- return numpy.dot(x, self.w[1:]) + self.w[0];
- def predict(self, x):
- return self.activation(x);
- def main():
- logging.basicConfig(level = logging.INFO,
- format = '%(asctime)s %(filename)s[line:%(lineno)d] %(levelname)s %(message)s',
- datefmt = '%a, %d %b %Y %H:%M:%S');
- iris = load_iris();
- features = iris.data[:99, [0, 2]];
- # normalization
- features_std = numpy.copy(features);
- for i in range(features.shape[1]):
- features_std[:, i] = (features_std[:, i] - features[:, i].mean()) / features[:, i].std();
- labels = numpy.where(iris.target[:99] == 0, -1, 1);
- # 2/3 data from training, 1/3 data for testing
- train_features, test_features, train_labels, test_labels = train_test_split(
- features_std, labels, test_size = 0.33, random_state = 23323);
- logging.info("train set shape:%s" % (str(train_features.shape)));
- classifier = Adaline();
- classifier.train(train_features, train_labels);
- test_predict = numpy.array([]);
- for feature in test_features:
- predict_label = classifier.predict(feature);
- test_predict = numpy.append(test_predict, predict_label);
- score = accuracy_score(test_labels, test_predict);
- logging.info("The accruacy score is: %s "% (str(score)));
- #plot
- x_min, x_max = train_features[:, 0].min() - 1, train_features[:, 0].max() + 1;
- y_min, y_max = train_features[:, 1].min() - 1, train_features[:, 1].max() + 1;
- plt.xlim(x_min, x_max);
- plt.ylim(y_min, y_max);
- plt.xlabel("width");
- plt.ylabel("heigt");
- plt.scatter(train_features[:, 0], train_features[:, 1], c = train_labels, marker = 'o', s = 10);
- k = - classifier.w[1] / classifier.w[2];
- d = - classifier.w[0] / classifier.w[2];
- plt.plot([x_min, x_max], [k * x_min + d, k * x_max + d], "go-");
- plt.show();
- if __name__ == "__main__":
- main();
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