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NeuroWhAI의 잡블로그
[C++] 다층 퍼셉트론 예제 코드 본문
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class TrainingSet { public: TrainingSet() { } TrainingSet(const std::initializer_list<std::pair<std::vector<double>, double>>& trainingSet) { try { initialize(trainingSet); } catch (std::invalid_argument exp) { m_inputs.clear(); m_outputs.clear(); } } private: std::vector<std::vector<double>> m_inputs; std::vector<double> m_outputs; public: void initialize(const std::initializer_list<std::pair<std::vector<double>, double>>& trainingSet) { auto inputSize = trainingSet.begin()->first.size(); for (auto& item : trainingSet) { if (item.first.size() != inputSize) throw std::invalid_argument("The size of the input set must be the same."); } m_inputs.clear(); m_outputs.clear(); for (auto& item : trainingSet) { m_inputs.emplace_back(item.first); m_outputs.emplace_back(item.second); } } public: std::size_t getSetCount() const { return m_outputs.size(); } std::size_t getInputSize() const { if (m_inputs.size() > 0) return m_inputs[0].size(); return 0; } void copyInput(int indexOfSet, std::vector<double>& outInput) const { outInput.clear(); outInput.assign(m_inputs[indexOfSet].begin(), m_inputs[indexOfSet].end()); } double getOutput(int indexOfSet) const { return m_outputs[indexOfSet]; } } ; class Neuron { public: Neuron() : m_bias(0) , m_latestOutput(0) , m_latestDelta(0) { } private: std::vector<double> m_weights; double m_bias; double m_latestOutput; double m_latestDelta; public: void initialize(std::size_t inputSize) { m_latestOutput = 0; m_latestDelta = 0; m_weights.clear(); m_weights.resize(inputSize); // 가중치는 랜덤하게 초기화 한다. std::random_device rd; std::mt19937 engine { rd() } ; std::uniform_real_distribution<> dist { -1.0, 1.0 } ; m_bias = dist(engine); for (auto& weight : m_weights) { weight = dist(engine); } } public: double calculate(const std::vector<double>& input) { assert(input.size() == m_weights.size()); const auto inputSize = input.size(); double sum = m_bias; for (std::size_t i = 0; i < inputSize; ++i) { sum += m_weights[i] * input[i]; } // 활성화 함수는 시그모이드를 사용한다. m_latestOutput = 1.0 / (1.0 + std::exp(-sum)); return m_latestOutput; } double getLatestOutput() const { return m_latestOutput; } std::size_t getInputSize() const { return m_weights.size(); } double getWeight(int index) const { return m_weights[index]; } void addWeight(int index, double delta) { m_weights[index] += delta; } double getBias() const { return m_bias; } void addBias(double delta) { m_bias = delta; } double getLatestDelta() const { return m_latestDelta; } void setLatestDelta(double delta) { m_latestDelta = delta; } } ; class Network { public: Network() { } private: std::vector<std::vector<double>> m_inputs; std::vector<double> m_targetOutputs; private: std::vector<std::vector<Neuron>> m_layers; public: void initialize(const TrainingSet& trainingSet, const std::initializer_list<std::size_t>& hiddenLayerSizeList = { } ) { auto setCount = trainingSet.getSetCount(); auto inputSize = trainingSet.getInputSize(); // Copy Training Set m_inputs.clear(); m_targetOutputs.clear(); m_inputs.resize(setCount); for (std::size_t i = 0; i < setCount; ++i) { trainingSet.copyInput(i, m_inputs[i]); m_targetOutputs.emplace_back(trainingSet.getOutput(i)); } // Build Network m_layers.clear(); // Input Layer m_layers.emplace_back(); m_layers[0].resize(inputSize); std::for_each(m_layers[0].begin(), m_layers[0].end(), [inputSize](Neuron& neuron) { neuron.initialize(inputSize); } ); // Hidden Layer std::size_t prevLayerSize = m_layers[0].size(); for (auto& layerSize : hiddenLayerSizeList) { m_layers.emplace_back(); auto& layer = *(m_layers.end() - 1); layer.resize(layerSize); std::for_each(layer.begin(), layer.end(), [prevLayerSize](Neuron& neuron) { neuron.initialize(prevLayerSize); } ); prevLayerSize = layer.size(); } // Output Layer m_layers.emplace_back(); auto& outputLayer = *(m_layers.end() - 1); outputLayer.resize(1); outputLayer[0].initialize(prevLayerSize); } public: double feed(const std::vector<double>& input) { std::vector<double> prevOutput = input; std::vector<double> outputs; for (auto& layer : m_layers) { for (auto& neuron : layer) { double result = neuron.calculate(prevOutput); outputs.emplace_back(result); } prevOutput = std::move(outputs); outputs.clear(); } if (prevOutput.size() > 0) return prevOutput[0]; return 0; } void train(std::size_t loopCount, double learningRate) { for (std::size_t step = 0; step < loopCount; ++step) { auto setCount = m_inputs.size(); // 각 학습셋에 대해서 학습한다. for (std::size_t i = 0; i < setCount; ++i) { train(m_inputs[i], m_targetOutputs[i], learningRate); } } } void train(const std::vector<double>& input, double targetOutput, double learningRate) { double finalOutput = feed(input); double finalDelta = finalOutput * (1.0 - finalOutput) * (targetOutput - finalOutput); auto it = m_layers.rbegin(); auto rEnd = m_layers.rend(); /// 이전에 처리한 층. 델타 값이 계산된 층. auto* prevLayer = &*it; (*prevLayer)[0].setLatestDelta(finalDelta); // 가장 마지막 층 이전 층부터 입력층 순서로 델타 계산 및 가중치 조절. for (it += 1; it != rEnd; ++it) { auto& layer = *it; auto neuronCount = layer.size(); for (std::size_t n = 0; n < neuronCount; ++n) { auto& neuron = layer[n]; double output = neuron.getLatestOutput(); double deltaSum = 0; // 현재 뉴런에 대해 델타를 계산하면서 동시에 // 출력단에 연결된 뉴런의 가중치 조절. for (auto& prevNeuron : *prevLayer) { double prevDelta = prevNeuron.getLatestDelta(); deltaSum += prevNeuron.getWeight(n) * prevDelta; // 출력단 뉴런의 가중치 조절. prevNeuron.addWeight(n, learningRate * output * prevDelta); } double delta = deltaSum * output * (1.0 - output); neuron.setLatestDelta(delta); // 바이어스 조절. neuron.addBias(learningRate * neuron.getBias() * delta); } prevLayer = &layer; } } } ; int main() { const double learningRate = 0.4; /// 학습 데이터 TrainingSet trainingSet = { // {{Inputs...}, Output} { { 0, 0 }, 0 }, { { 0, 1 }, 1 }, { { 1, 0 }, 1 }, { { 1, 1 }, 0 }, } ; /// 신경망 Network net; // 학습 데이터로 입력층, 출력층은 자동으로 만들어지며 // 은닉층은 따로 크기를 받아 만든다. // 아래 코드의 경우 입력2 -> 은닉3 -> 출력1개가 된다. net.initialize(trainingSet, { 3 }); // 아래 복사 작업은 결과값 확인을 위한 코드이므로 불필요하면 제거한다. /// 학습 데이터 개수 auto setCount = trainingSet.getSetCount(); /// 동시 입력 개수 auto inputSize = trainingSet.getInputSize(); std::vector<std::vector<double>> inputs; std::vector<double> targetOutputs; inputs.resize(setCount); for (std::size_t i = 0; i < setCount; ++i) { trainingSet.copyInput(i, inputs[i]); targetOutputs.emplace_back(trainingSet.getOutput(i)); } std::size_t maxEpoch = 10000000; for (std::size_t epoch = 0; epoch < maxEpoch; ++epoch) { // 학습. net.train(5000, learningRate); /// 에러율 double errorRate = 0; for (std::size_t i = 0; i < setCount; ++i) { for (auto& data : inputs[i]) { std::cout << data << " \t"; } double output = net.feed(inputs[i]); std::cout << " -> \t" << output << " => \t" << targetOutputs[i] << std::endl; errorRate += std::abs(targetOutputs[i] - output); } std::cout << std::endl; errorRate /= 2.0; std::cout << std::setprecision(6) << "Error : " << errorRate * 100.0 << "%" << std::endl; // 에러가 일정 수준 미만으로 떨어지면 종료. if (errorRate < 0.01) { std::cout << "Finished!" << std::endl; std::cout << "Final Error : " << errorRate * 100.0 << "%" << std::endl; break; } } getchar(); return 0; } | cs |
코드 정렬을 어떤 사이트에서 했더니 뭔가 너무 정렬됬는데;;
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