机器学习:Python实现lms中的学习率的退火算法
'''
算法:lms学习率的退火算法
解决的问题:学习率不变化,收敛速度较慢的情况
思路:由初始解和控制参数初值开始,对当前解重复进行"产生新解-->计算目标函数差-->
接受或舍弃"的迭代,并逐步衰减控制参数,算法终结时的当前解即为所得近似最优解
''' '''
变量约定:大写表示矩阵或数组,小写表示数字
X:表示数组或者矩阵
x:表示对应数组或矩阵的某个值
''' import numpy as np
import math
a0=0.1 ##学习率初始值 <a<
a=0.0 ##学习率变量
r=0.2 ##可调参数,改善退火曲线的形态
X=np.array([[,,],[,,],[,,],[,,]]) ##输入矩阵
D=np.array([,,-,-]) ##期望输出结果矩阵
W=np.array([,,]) ##权重向量
expect_e=0.005 ##期望误差
maxtrycount= ##最大尝试次数
cnt= ##当前循环次数 ##硬限幅函数(即标准,这个比较简单:输入v大于0,返回1.小于等于0返回-) def sgn(v):
if v>:
return
else:
return - ##读取实际输出
'''
这里是两个向量相乘,对应的数学公式:
a(m,n)*b(p,q)=m*p+n*q
在下面的函数中,当循环中xn=1时(此时W=([0.1,0.1])):
np.dot(W.T,x)=(,)*(0.1,0.1)=*0.1+*0.1=0.2> ==>sgn 返回1
'''
def get_v(W,x):
return sgn(np.dot(W.T,x))##dot表示两个矩阵相乘 ##读取误差值
def get_e(W,x,d):
return d-get_v(W,x) ##权重计算函数(批量修正)
'''
对应数学公式: w(n+)=w(n)+a*x(n)*e
对应下列变量的解释:
w(n+) <= neww 的返回值
w(n) <=oldw(旧的权重向量)
a <= a(学习率,范围:<a<)
x(n) <= x(输入值)
e <= 误差值或者误差信号
''' '''
核心:学习率的计算(有多种退火方式,这里选取其中一个)
对应的数学公式:(非标准数学符号)
m(n)=m0/(+n/t)
参数解释:
m(n) <= 当前学习率(或者初始解)
m0 <= 学习率初始值(也叫控制参数)
n <= 循环次数
t <= 可调参数,改善退火曲线的形态 '''
def neww(oldW,d,x):
e=get_e(oldW,x,d)
#a=a0/(+float(cnt)/r)
a=a0/(+float(cnt)*r)
w=oldW+a*x*e
return (w,e) ##修正权值
'''
此循环的原理:
权值修正原理(批量修正)==>神经网络每次读入一个样本,进行修正,
达到预期误差值或者最大尝试次数结束,修正过程结束
''' while True:
err=
i=
for xn in X:
W,e=neww(W,D[i],xn)
i+=
err+=pow(e,) ##lms算法的核心步骤,即:MES
err=math.sqrt(err) ##与lms算法有区别的地方,求开方最小
cnt+=
print(u"第 %d 次调整后的权值:"%cnt)
print(W)
print(u"误差:%f"%err)
if err<expect_e or cnt>=maxtrycount:
break print("最后的权值:",W.T) ##输出结果
print("开始验证结果...")
for xn in X:
print("D%s and W%s =>%d"%(xn,W.T,get_v(W,xn))) ##测试准确性: print("开始测试...")
test=np.array([,,])
print("D%s and W%s =>%d"%(test,W.T,get_v(W,test)))
test=np.array([,,])
print("D%s and W%s =>%d"%(test,W.T,get_v(W,test)))
输出结果:
第 1 次调整后的权值:
[ 0.8 -0.6 -1.8]
误差:2.000000
第 2 次调整后的权值:
[ 0.96666667 -0.6 -0.3 ]
误差:3.464102
第 3 次调整后的权值:
[ 0.96666667 -0.88571429 -0.72857143]
误差:2.828427
第 4 次调整后的权值:
[ 0.96666667 -1.88571429 -2.60357143]
误差:4.000000
第 5 次调整后的权值:
[ 1.18888889 -1.55238095 -0.60357143]
误差:2.828427
第 6 次调整后的权值:
[ 1.28888889 -1.55238095 0.29642857]
误差:3.464102
第 7 次调整后的权值:
[ 1.28888889 -1.55238095 0.29642857]
误差:0.000000
最后的权值: [ 1.28888889 -1.55238095 0.29642857]
开始验证结果...
这次调整r值的结果是7次训练得出最优解,同样的数据用固定学习率的lms算法要8次训练。在调整r值的实验中,最快的一次是2次得出最优解。
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