径向基(RBF)神经网络python实现

简介: 1 from numpy import array, append, vstack, transpose, reshape, \ 2 dot, true_divide, mean, exp, sqrt, log, \ 3 ...

 

  1 from numpy import array, append, vstack, transpose, reshape, \
  2                   dot, true_divide, mean, exp, sqrt, log, \
  3                   loadtxt, savetxt, zeros, frombuffer
  4 from numpy.linalg import norm, lstsq
  5 from multiprocessing import Process, Array
  6 from random import sample
  7 from time import time
  8 from sys import stdout
  9 from ctypes import c_double
 10 from h5py import File
 11 
 12 
 13 def metrics(a, b): 
 14     return norm(a - b)
 15 
 16 
 17 def gaussian (x, mu, sigma): 
 18     return exp(- metrics(mu, x)**2 / (2 * sigma**2))
 19 
 20 
 21 def multiQuadric (x, mu, sigma):
 22     return pow(metrics(mu,x)**2 + sigma**2, 0.5)
 23 
 24 
 25 def invMultiQuadric (x, mu, sigma):
 26     return pow(metrics(mu,x)**2 + sigma**2, -0.5)
 27 
 28 
 29 def plateSpine (x,mu):
 30     r = metrics(mu,x)
 31     return (r**2) * log(r)
 32 
 33 
 34 class Rbf:
 35     def __init__(self, prefix = 'rbf', workers = 4, extra_neurons = 0, from_files = None):
 36         self.prefix = prefix
 37         self.workers = workers
 38         self.extra_neurons = extra_neurons
 39 
 40         # Import partial model
 41         if from_files is not None:            
 42             w_handle = self.w_handle = File(from_files['w'], 'r')
 43             mu_handle = self.mu_handle = File(from_files['mu'], 'r')
 44             sigma_handle = self.sigma_handle = File(from_files['sigma'], 'r')
 45             
 46             self.w = w_handle['w']
 47             self.mu = mu_handle['mu']
 48             self.sigmas = sigma_handle['sigmas']
 49             
 50             self.neurons = self.sigmas.shape[0]
 51 
 52     def _calculate_error(self, y):
 53         self.error = mean(abs(self.os - y))
 54         self.relative_error = true_divide(self.error, mean(y))
 55 
 56     def _generate_mu(self, x):
 57         n = self.n
 58         extra_neurons = self.extra_neurons
 59 
 60         # TODO: Make reusable
 61         mu_clusters = loadtxt('clusters100.txt', delimiter='\t')
 62 
 63         mu_indices = sample(range(n), extra_neurons)
 64         mu_new = x[mu_indices, :]
 65         mu = vstack((mu_clusters, mu_new))
 66 
 67         return mu
 68 
 69     def _calculate_sigmas(self):
 70         neurons = self.neurons
 71         mu = self.mu
 72 
 73         sigmas = zeros((neurons, ))
 74         for i in xrange(neurons):
 75             dists = [0 for _ in xrange(neurons)]
 76             for j in xrange(neurons):
 77                 if i != j:
 78                     dists[j] = metrics(mu[i], mu[j])
 79             sigmas[i] = mean(dists)* 2
 80                       # max(dists) / sqrt(neurons * 2))
 81         return sigmas
 82 
 83     def _calculate_phi(self, x):
 84         C = self.workers
 85         neurons = self.neurons
 86         mu = self.mu
 87         sigmas = self.sigmas
 88         phi = self.phi = None
 89         n = self.n
 90 
 91 
 92         def heavy_lifting(c, phi):
 93             s = jobs[c][1] - jobs[c][0]
 94             for k, i in enumerate(xrange(jobs[c][0], jobs[c][1])):
 95                 for j in xrange(neurons):
 96                     # phi[i, j] = metrics(x[i,:], mu[j])**3)
 97                     # phi[i, j] = plateSpine(x[i,:], mu[j]))
 98                     # phi[i, j] = invMultiQuadric(x[i,:], mu[j], sigmas[j]))
 99                     phi[i, j] = multiQuadric(x[i,:], mu[j], sigmas[j])
100                     # phi[i, j] = gaussian(x[i,:], mu[j], sigmas[j]))
101                 if k % 1000 == 0:
102                     percent = true_divide(k, s)*100
103                     print(c, ': {:2.2f}%'.format(percent))
104             print(c, ': Done')
105         
106         # distributing the work between 4 workers
107         shared_array = Array(c_double, n * neurons)
108         phi = frombuffer(shared_array.get_obj())
109         phi = phi.reshape((n, neurons))
110 
111         jobs = []
112         workers = []
113 
114         p = n / C
115         m = n % C
116         for c in range(C):
117             jobs.append((c*p, (c+1)*p + (m if c == C-1 else 0)))
118             worker = Process(target = heavy_lifting, args = (c, phi))
119             workers.append(worker)
120             worker.start()
121 
122         for worker in workers:
123             worker.join()
124 
125         return phi
126 
127     def _do_algebra(self, y):
128         phi = self.phi
129 
130         w = lstsq(phi, y)[0]
131         os = dot(w, transpose(phi))
132         return w, os
133         # Saving to HDF5
134         os_h5 = os_handle.create_dataset('os', data = os)
135 
136     def train(self, x, y):
137         self.n = x.shape[0]
138 
139         ## Initialize HDF5 caches
140         prefix = self.prefix
141         postfix = str(self.n) + '-' + str(self.extra_neurons) + '.hdf5'
142         name_template = prefix + '-{}-' + postfix
143         phi_handle = self.phi_handle = File(name_template.format('phi'), 'w')
144         os_handle = self.w_handle = File(name_template.format('os'), 'w')
145         w_handle = self.w_handle = File(name_template.format('w'), 'w')
146         mu_handle = self.mu_handle = File(name_template.format('mu'), 'w')
147         sigma_handle = self.sigma_handle = File(name_template.format('sigma'), 'w')
148 
149         ## Mu generation
150         mu = self.mu = self._generate_mu(x)
151         self.neurons = mu.shape[0]
152         print('({} neurons)'.format(self.neurons))
153         # Save to HDF5
154         mu_h5 = mu_handle.create_dataset('mu', data = mu)
155 
156         ## Sigma calculation
157         print('Calculating Sigma...')
158         sigmas = self.sigmas = self._calculate_sigmas()
159         # Save to HDF5
160         sigmas_h5 = sigma_handle.create_dataset('sigmas', data = sigmas)
161         print('Done')
162 
163         ## Phi calculation
164         print('Calculating Phi...')
165         phi = self.phi = self._calculate_phi(x)
166         print('Done')
167         # Saving to HDF5
168         print('Serializing...')
169         phi_h5 = phi_handle.create_dataset('phi', data = phi)
170         del phi
171         self.phi = phi_h5
172         print('Done')
173 
174         ## Algebra
175         print('Doing final algebra...')
176         w, os = self.w, _ = self._do_algebra(y)
177         # Saving to HDF5
178         w_h5 = w_handle.create_dataset('w', data = w)
179         os_h5 = os_handle.create_dataset('os', data = os)
180 
181         ## Calculate error
182         self._calculate_error(y)
183         print('Done')
184 
185     def predict(self, test_data):
186         mu = self.mu = self.mu.value
187         sigmas = self.sigmas = self.sigmas.value
188         w = self.w = self.w.value
189 
190         print('Calculating phi for test data...')
191         phi = self._calculate_phi(test_data)
192         os = dot(w, transpose(phi))
193         savetxt('iok3834.txt', os, delimiter='\n')
194         return os
195 
196     @property
197     def summary(self):
198         return '\n'.join( \
199             ['-----------------',
200             'Training set size: {}'.format(self.n),
201             'Hidden layer size: {}'.format(self.neurons),
202             '-----------------',
203             'Absolute error   : {:02.2f}'.format(self.error),
204             'Relative error   : {:02.2f}%'.format(self.relative_error * 100)])
205 
206 
207 def predict(test_data):
208     mu = File('rbf-mu-212243-2400.hdf5', 'r')['mu'].value
209     sigmas = File('rbf-sigma-212243-2400.hdf5', 'r')['sigmas'].value
210     w = File('rbf-w-212243-2400.hdf5', 'r')['w'].value
211 
212     n = test_data.shape[0]  
213     neur = mu.shape[0]  
214     
215     mu = transpose(mu)
216     mu.reshape((n, neur))   
217 
218     phi = zeros((n, neur)) 
219     for i in range(n):
220         for j in range(neur):
221             phi[i, j] = multiQuadric(test_data[i,:], mu[j], sigmas[j])
222 
223     os = dot(w, transpose(phi))
224     savetxt('iok3834.txt', os, delimiter='\n')
225     return os

 

目录
相关文章
|
18天前
|
机器学习/深度学习 人工智能 算法
【宠物识别系统】Python+卷积神经网络算法+深度学习+人工智能+TensorFlow+图像识别
宠物识别系统,本系统使用Python作为主要开发语言,基于TensorFlow搭建卷积神经网络算法,并收集了37种常见的猫狗宠物种类数据集【'阿比西尼亚猫(Abyssinian)', '孟加拉猫(Bengal)', '暹罗猫(Birman)', '孟买猫(Bombay)', '英国短毛猫(British Shorthair)', '埃及猫(Egyptian Mau)', '缅因猫(Maine Coon)', '波斯猫(Persian)', '布偶猫(Ragdoll)', '俄罗斯蓝猫(Russian Blue)', '暹罗猫(Siamese)', '斯芬克斯猫(Sphynx)', '美国斗牛犬
105 29
【宠物识别系统】Python+卷积神经网络算法+深度学习+人工智能+TensorFlow+图像识别
|
18天前
|
机器学习/深度学习 人工智能 算法
深度学习入门:用Python构建你的第一个神经网络
在人工智能的海洋中,深度学习是那艘能够带你远航的船。本文将作为你的航标,引导你搭建第一个神经网络模型,让你领略深度学习的魅力。通过简单直观的语言和实例,我们将一起探索隐藏在数据背后的模式,体验从零开始创造智能系统的快感。准备好了吗?让我们启航吧!
44 3
|
26天前
|
机器学习/深度学习 自然语言处理 语音技术
Python在深度学习领域的应用,重点讲解了神经网络的基础概念、基本结构、训练过程及优化技巧
本文介绍了Python在深度学习领域的应用,重点讲解了神经网络的基础概念、基本结构、训练过程及优化技巧,并通过TensorFlow和PyTorch等库展示了实现神经网络的具体示例,涵盖图像识别、语音识别等多个应用场景。
51 8
|
1月前
|
机器学习/深度学习 TensorFlow 算法框架/工具
利用Python和TensorFlow构建简单神经网络进行图像分类
利用Python和TensorFlow构建简单神经网络进行图像分类
61 3
|
3月前
|
机器学习/深度学习 人工智能 算法
植物病害识别系统Python+卷积神经网络算法+图像识别+人工智能项目+深度学习项目+计算机课设项目+Django网页界面
植物病害识别系统。本系统使用Python作为主要编程语言,通过收集水稻常见的四种叶片病害图片('细菌性叶枯病', '稻瘟病', '褐斑病', '稻瘟条纹病毒病')作为后面模型训练用到的数据集。然后使用TensorFlow搭建卷积神经网络算法模型,并进行多轮迭代训练,最后得到一个识别精度较高的算法模型,然后将其保存为h5格式的本地模型文件。再使用Django搭建Web网页平台操作界面,实现用户上传一张测试图片识别其名称。
142 22
植物病害识别系统Python+卷积神经网络算法+图像识别+人工智能项目+深度学习项目+计算机课设项目+Django网页界面
|
1月前
|
机器学习/深度学习 人工智能 算法
【车辆车型识别】Python+卷积神经网络算法+深度学习+人工智能+TensorFlow+算法模型
车辆车型识别,使用Python作为主要编程语言,通过收集多种车辆车型图像数据集,然后基于TensorFlow搭建卷积网络算法模型,并对数据集进行训练,最后得到一个识别精度较高的模型文件。再基于Django搭建web网页端操作界面,实现用户上传一张车辆图片识别其类型。
85 0
【车辆车型识别】Python+卷积神经网络算法+深度学习+人工智能+TensorFlow+算法模型
|
3月前
|
机器学习/深度学习 算法 TensorFlow
交通标志识别系统Python+卷积神经网络算法+深度学习人工智能+TensorFlow模型训练+计算机课设项目+Django网页界面
交通标志识别系统。本系统使用Python作为主要编程语言,在交通标志图像识别功能实现中,基于TensorFlow搭建卷积神经网络算法模型,通过对收集到的58种常见的交通标志图像作为数据集,进行迭代训练最后得到一个识别精度较高的模型文件,然后保存为本地的h5格式文件。再使用Django开发Web网页端操作界面,实现用户上传一张交通标志图片,识别其名称。
127 6
交通标志识别系统Python+卷积神经网络算法+深度学习人工智能+TensorFlow模型训练+计算机课设项目+Django网页界面
|
2月前
|
机器学习/深度学习 人工智能 算法
【玉米病害识别】Python+卷积神经网络算法+人工智能+深度学习+计算机课设项目+TensorFlow+模型训练
玉米病害识别系统,本系统使用Python作为主要开发语言,通过收集了8种常见的玉米叶部病害图片数据集('矮花叶病', '健康', '灰斑病一般', '灰斑病严重', '锈病一般', '锈病严重', '叶斑病一般', '叶斑病严重'),然后基于TensorFlow搭建卷积神经网络算法模型,通过对数据集进行多轮迭代训练,最后得到一个识别精度较高的模型文件。再使用Django搭建Web网页操作平台,实现用户上传一张玉米病害图片识别其名称。
72 0
【玉米病害识别】Python+卷积神经网络算法+人工智能+深度学习+计算机课设项目+TensorFlow+模型训练
|
3月前
|
机器学习/深度学习 人工智能 算法
【新闻文本分类识别系统】Python+卷积神经网络算法+人工智能+深度学习+计算机毕设项目+Django网页界面平台
文本分类识别系统。本系统使用Python作为主要开发语言,首先收集了10种中文文本数据集("体育类", "财经类", "房产类", "家居类", "教育类", "科技类", "时尚类", "时政类", "游戏类", "娱乐类"),然后基于TensorFlow搭建CNN卷积神经网络算法模型。通过对数据集进行多轮迭代训练,最后得到一个识别精度较高的模型,并保存为本地的h5格式。然后使用Django开发Web网页端操作界面,实现用户上传一段文本识别其所属的类别。
113 1
【新闻文本分类识别系统】Python+卷积神经网络算法+人工智能+深度学习+计算机毕设项目+Django网页界面平台
|
3月前
|
机器学习/深度学习 人工智能 算法
【果蔬识别系统】Python+卷积神经网络算法+人工智能+深度学习+计算机毕设项目+Django网页界面平台
【果蔬识别系统】Python+卷积神经网络算法+人工智能+深度学习+计算机毕设项目+Django网页界面平台。果蔬识别系统,本系统使用Python作为主要开发语言,通过收集了12种常见的水果和蔬菜('土豆', '圣女果', '大白菜', '大葱', '梨', '胡萝卜', '芒果', '苹果', '西红柿', '韭菜', '香蕉', '黄瓜'),然后基于TensorFlow库搭建CNN卷积神经网络算法模型,然后对数据集进行训练,最后得到一个识别精度较高的算法模型,然后将其保存为h5格式的本地文件方便后期调用。再使用Django框架搭建Web网页平台操作界面,实现用户上传一张果蔬图片识别其名称。
69 0
【果蔬识别系统】Python+卷积神经网络算法+人工智能+深度学习+计算机毕设项目+Django网页界面平台

热门文章

最新文章