深度学习笔记一：BP神经网络的介绍和Python代码实现（2）

1.以下代码的编写语言采用Python3.5版本，编译环境采用Anaconda，这里数据集通过sklearn生成，这个数据集大小为（1797,64），表示的是有1797张图片样本，其中的64，表示的是每一个样本包含64个特征，也就是下述图片所示，将8*8的矩阵排成一行，即64列，下面实现生成一个图片上数字的识别功能:

显示结果如下：

2.完整的bp实现代码如下：

# coding: utf-8
import numpy as np
from sklearn.datasets import load_digits
from sklearn.preprocessing import LabelBinarizer
from sklearn.cross_validation import train_test_split

def sigmoid(x):
    return 1/(1+np.exp(-x))

def dsigmoid(x):
    return x*(1-x)

class NeuralNetwork:
    def __init__(self,layers):#(64,100,10)
        #权值的初始化，范围-1到1
        self.V = np.random.random((layers[0]+1,layers[1]+1))*2-1
        self.W = np.random.random((layers[1]+1,layers[2]))*2-1
        
    def train(self,X,y,lr=0.11,epochs=10000):
        #添加偏置
        temp = np.ones([X.shape[0],X.shape[1]+1])
        temp[:,0:-1] = X
        X = temp
        for n in range(epochs+1):
            i = np.random.randint(X.shape[0]) #随机选取一个数据
            x = [X[i]]
            x = np.atleast_2d(x)#转为2维数据
            
            L1 = sigmoid(np.dot(x,self.V))#隐层输出
            L2 = sigmoid(np.dot(L1,self.W))#输出层输出
            
            L2_delta = (y[i]-L2)*dsigmoid(L2)
            L1_delta= L2_delta.dot(self.W.T)*dsigmoid(L1)
            
            self.W += lr*L1.T.dot(L2_delta)
            self.V += lr*x.T.dot(L1_delta)
            #每训练1000次预测一次准确率
            if n%1000==0:
                predictions = []
                for j in range(X_test.shape[0]):
                    o = self.predict(X_test[j])
                    predictions.append(np.argmax(o))#获取预测结果

#这里equal（）函数的功能是，当其传入的参数相等时，返回1，否则返回0
                accuracy = np.mean(np.equal(predictions,y_test))
                print('epoch:',n,'accuracy:',accuracy)
        
    def predict(self,x):
        #添加偏置
        temp = np.ones(x.shape[0]+1)
        temp[0:-1] = x
        x = temp
        x = np.atleast_2d(x)#转为2维数据

        L1 = sigmoid(np.dot(x,self.V))#隐层输出
        L2 = sigmoid(np.dot(L1,self.W))#输出层输出
        return L2

digits = load_digits()#载入数据
X = digits.data#数据
y = digits.target#标签
#输入数据归一化
X -= X.min()
X /= X.max()

nm = NeuralNetwork([64,100,10])#创建网络

X_train,X_test,y_train,y_test = train_test_split(X,y) #分割数据1/4为测试数据，3/4为训练数据

labels_train = LabelBinarizer().fit_transform(y_train)#标签二值化     0,8,6   0->1000000000  3->0001000000
labels_test = LabelBinarizer().fit_transform(y_test)#标签二值化
print('start')
nm.train(X_train,labels_train,epochs=20000)
print('end')

显示结果如下：