吴恩达神经网络和深度学习（编程作业）--具有多个隐藏层的神经网络
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【前言】
这是第四周的编程作业
以下只是主要部分的代码，需要用到的资料可以访问 我的GitHub 进行获取
这是我的文件目录：
我是用的PyCharm，如果你没有安装相应的依赖库，请按照以下方式进行安装：
首先打开：terminal
输入以下命令：
pip install matplotlib
诸如此类…
two_hiddenlayer_neural_network.py文件：
import numpy as np
from lr_utils import load_dataset
import matplotlib.pyplot as plt
def initialize_parameters(n_x,n_h,n_y):
"""
此函数初始化两层神经网络参数W，b
参数：
:param n_x: 输入层的节点数量（即特征数）
:param n_h: 隐藏层的节点数量，因为是两层的神经网络，所以隐藏层只有一层
:param n_y: 输出层的节点数量
返回：
:return parameters: 以字典的形式返回初始化好的参数
"""
#初始化参数
W1=np.random.randn(n_h,n_x)*0.01 #产生n_h*n_x个高斯随机数，乘以0.01是为了是权重值变小。第L层权重的维数W(L)=（L层节点数，L-1层节点数）
b1=np.zeros((n_h,1)) #参数b可以是0，只要W和不全是0即可。第L层偏差值b的维数b(L)=（L层节点数，1）。注意这里是两层括号
W2=np.random.randn(n_y,n_h)*0.01
b2=np.zeros((n_y,1)) #注意这里是两层括号
#使用断言确保数据格式正确
assert (W1.shape==(n_h,n_x))
assert (b1.shape==(n_h,1))
assert (W2.shape==(n_y,n_h))
assert (b2.shape==(n_y,1))
#将初始化好的参数以字典(键值对)的形式返回
parameters={
"W1":W1,#键值对之间用逗号分隔
"b1":b1,
"W2":W2,
"b2":b2
}
return parameters
#np.random.seed(1)
#测试数据
# print("==============测试initialize_parameters==============")
# parameters = initialize_parameters(3,2,1)
# print("W1 = " + str(parameters["W1"]))
# print("b1 = " + str(parameters["b1"]))
# print("W2 = " + str(parameters["W2"]))
# print("b2 = " + str(parameters["b2"]))
#测试结果
# ==============测试initialize_parameters==============
# W1 = [[ 5.71757226e-05 4.65059772e-03 -1.19344959e-02]
# [-1.00348742e-02 -1.28002224e-02 3.73308155e-03]]
# b1 = [[0.]
# [0.]]
# W2 = [[-0.0095885 -0.00879129]]
# b2 = [[0.]]
def linear_forward(A,W,b):
"""
此函数实现向前一次线性传播
参数：
:param A: 来自上一层的激活（或输入数据），维度为(上一层的节点数量，样本的数量）
:param W: 权重矩阵，numpy数组，维度为（当前图层的节点数量，前一图层的节点数量）
:param b: 偏向量，numpy向量，维度为（当前图层节点数量，1）
返回：
:return:
"""
#计算线性部分，激活函数是非线性部分，另有函数处理
Z=np.dot(W,A)+b
#断言确保Z的维度是正确的
assert (Z.shape==(W.shape[0],A.shape[1])) #Z的维度是（当前图层的节点数量W.shape[0]，样本的数量A.shape[1]）
#将A,W,b保存到cache中，以便在反向梯度下降求导时传递使用
cache=(A,W,b)
#将cache，Z返回
return Z,cache
#测试
# print("==============测试linear_forward==============")
# A=np.random.randn(3,6) #3个特征，6个样本
# parameters=initialize_parameters(3,5,1)
# W1=parameters["W1"]
# b1=parameters["b1"]
# W2=parameters["W2"]
# b2=parameters["b2"]
# print(A)
# print(W1)
# print(b1)
# Z1,cache = linear_forward(A,W1,b1)
# print("Z1 = " + str(Z1))
def sigmoid(Z):
"""
sigmoid函数
"""
A = 1/(1+np.exp(-Z))
cache = Z
return A, cache
def sigmoid_backward(dA, cache):
"""
Implement the backward propagation for a single SIGMOID unit.
Arguments:
dA -- post-activation gradient, of any shape
cache -- 'Z' where we store for computing backward propagation efficiently
Returns:
dZ -- Gradient of the cost with respect to Z
"""
Z = cache
s = 1/(1+np.exp(-Z))
dZ = dA * s * (1-s)
assert (dZ.shape == Z.shape)
return dZ
def relu(Z):
"""
Implement the RELU function.
Arguments:
Z -- Output of the linear layer, of any shape
Returns:
A -- Post-activation parameter, of the same shape as Z
cache -- a python dictionary containing "A" ; stored for computing the backward pass efficiently
"""
A = np.maximum(0,Z)
assert(A.shape == Z.shape)
cache = Z
return A, cache
def relu_backward(dA, cache):
"""
Implement the backward propagation for a single RELU unit.
Arguments:
dA -- post-activation gradient, of any shape
cache -- 'Z' where we store for computing backward propagation efficiently
Returns:
dZ -- Gradient of the cost with respect to Z
"""
Z = cache
dZ = np.array(dA, copy=True) # just converting dz to a correct object.
# When z <= 0, you should set dz to 0 as well.
dZ[Z <= 0] = 0
assert (dZ.shape == Z.shape)
return dZ
def linear_activation_forward(A_prev,W,b,activation):
"""
实现LINEAR-> ACTIVATION 这一层的前向传播
参数：
A_prev - 来自上一层（或输入层）的激活，维度为(上一层的节点数量，示例数）
W - 权重矩阵，numpy数组，维度为（当前层的节点数量，前一层的大小）
b - 偏向量，numpy阵列，维度为（当前层的节点数量，1）
activation - 选择在此层中使用的激活函数名，字符串类型，【"sigmoid" | "relu"】
返回：
A - 激活函数的输出，也称为激活后的值
cache - 一个包含“linear_cache”和“activation_cache”的字典，我们需要存储它以有效地计算后向传递
"""
if activation == "sigmoid":
Z, linear_cache = linear_forward(A_prev, W, b)
A, activation_cache = sigmoid(Z)
elif activation == "relu":
Z, linear_cache = linear_forward(A_prev, W, b)
A, activation_cache = relu(Z)
assert(A.shape == (W.shape[0],A_prev.shape[1]))
cache = (linear_cache,activation_cache)
return A,cache
def compute_cost(AL,Y):
"""
实施等式（4）定义的成本函数。
参数：
AL - 与标签预测相对应的概率向量，维度为（1，示例数量）
Y - 标签向量（例如：如果不是猫，则为0，如果是猫则为1），维度为（1，数量）
返回：
cost - 交叉熵成本
"""
m = Y.shape[1]
cost = -np.sum(np.multiply(np.log(AL),Y) + np.multiply(np.log(1 - AL), 1 - Y)) / m
cost = np.squeeze(cost)
assert(cost.shape == ())
return cost
def linear_backward(dZ,cache):
"""
为单层实现反向传播的线性部分（第L层）
参数：
dZ - 相对于（当前第l层的）线性输出的成本梯度
cache - 来自当前层前向传播的值的元组（A_prev，W，b）
返回：
dA_prev - 相对于激活（前一层l-1）的成本梯度，与A_prev维度相同
dW - 相对于W（当前层l）的成本梯度，与W的维度相同
db - 相对于b（当前层l）的成本梯度，与b维度相同
"""
A_prev, W, b = cache
m = A_prev.shape[1]
dW = np.dot(dZ, A_prev.T) / m
db = np.sum(dZ, axis=1, keepdims=True) / m
dA_prev = np.dot(W.T, dZ)
assert (dA_prev.shape == A_prev.shape)
assert (dW.shape == W.shape)
assert (db.shape == b.shape)
return dA_prev, dW, db
def linear_activation_backward(dA,cache,activation="relu"):
"""
实现LINEAR-> ACTIVATION层的后向传播。
参数：
dA - 当前层l的激活后的梯度值
cache - 我们存储的用于有效计算反向传播的值的元组（值为linear_cache，activation_cache）
activation - 要在此层中使用的激活函数名，字符串类型，【"sigmoid" | "relu"】
返回：
dA_prev - 相对于激活（前一层l-1）的成本梯度值，与A_prev维度相同
dW - 相对于W（当前层l）的成本梯度值，与W的维度相同
db - 相对于b（当前层l）的成本梯度值，与b的维度相同
"""
linear_cache, activation_cache = cache
if activation == "relu":
dZ = relu_backward(dA, activation_cache)
dA_prev, dW, db = linear_backward(dZ, linear_cache)
elif activation == "sigmoid":
dZ = sigmoid_backward(dA, activation_cache)
dA_prev, dW, db = linear_backward(dZ, linear_cache)
return dA_prev,dW,db
def L_model_forward(X,parameters):
"""
实现[LINEAR-> RELU] *（L-1） - > LINEAR-> SIGMOID计算前向传播，也就是多层网络的前向传播，为后面每一层都执行LINEAR和ACTIVATION
参数：
X - 数据，numpy数组，维度为（输入节点数量，示例数）
parameters - initialize_parameters_deep（）的输出
返回：
AL - 最后的激活值
caches - 包含以下内容的缓存列表：
linear_relu_forward（）的每个cache（有L-1个，索引为从0到L-2）
linear_sigmoid_forward（）的cache（只有一个，索引为L-1）
"""
caches = []
A = X
L = len(parameters) // 2
for l in range(1,L):
A_prev = A
A, cache = linear_activation_forward(A_prev, parameters['W' + str(l)], parameters['b' + str(l)], "relu")
caches.append(cache)
AL, cache = linear_activation_forward(A, parameters['W' + str(L)], parameters['b' + str(L)], "sigmoid")
caches.append(cache)
assert(AL.shape == (1,X.shape[1]))
return AL,caches
def L_model_backward(AL,Y,caches):
"""
对[LINEAR-> RELU] *（L-1） - > LINEAR - > SIGMOID组执行反向传播，就是多层网络的向后传播
参数：
AL - 概率向量，正向传播的输出（L_model_forward（））
Y - 标签向量（例如：如果不是猫，则为0，如果是猫则为1），维度为（1，数量）
caches - 包含以下内容的cache列表：
linear_activation_forward（"relu"）的cache，不包含输出层
linear_activation_forward（"sigmoid"）的cache
返回：
grads - 具有梯度值的字典
grads [“dA”+ str（l）] = ...
grads [“dW”+ str（l）] = ...
grads [“db”+ str（l）] = ...
"""
grads = {}
L = len(caches)
m = AL.shape[1]
Y = Y.reshape(AL.shape)
dAL = - (np.divide(Y, AL) - np.divide(1 - Y, 1 - AL))
current_cache = caches[L-1]
grads["dA" + str(L)], grads["dW" + str(L)], grads["db" + str(L)] = linear_activation_backward(dAL, current_cache, "sigmoid")
for l in reversed(range(L-1)):
current_cache = caches[l]
dA_prev_temp, dW_temp, db_temp = linear_activation_backward(grads["dA" + str(l + 2)], current_cache, "relu")
grads["dA" + str(l + 1)] = dA_prev_temp
grads["dW" + str(l + 1)] = dW_temp
grads["db" + str(l + 1)] = db_temp
return grads
def update_parameters(parameters, grads, learning_rate):
"""
使用梯度下降更新参数
参数：
parameters - 包含你的参数的字典
grads - 包含梯度值的字典，是L_model_backward的输出
返回：
parameters - 包含更新参数的字典
参数[“W”+ str（l）] = ...
参数[“b”+ str（l）] = ...
"""
L = len(parameters) // 2 #整除
for l in range(L):
parameters["W" + str(l + 1)] = parameters["W" + str(l + 1)] - learning_rate * grads["dW" + str(l + 1)]
parameters["b" + str(l + 1)] = parameters["b" + str(l + 1)] - learning_rate * grads["db" + str(l + 1)]
return parameters
def two_layer_model(X,Y,layers_dims,learning_rate=0.0075,num_iterations=3000,print_cost=False,isPlot=True):
"""
实现一个两层的神经网络，【LINEAR->RELU】 -> 【LINEAR->SIGMOID】
参数：
X - 输入的数据，维度为(n_x，例子数)
Y - 标签，向量，0为非猫，1为猫，维度为(1,数量)
layers_dims - 层数的向量，维度为(n_y,n_h,n_y)
learning_rate - 学习率
num_iterations - 迭代的次数
print_cost - 是否打印成本值，每100次打印一次
isPlot - 是否绘制出误差值的图谱
返回:
parameters - 一个包含W1，b1，W2，b2的字典变量
"""
np.random.seed(1)
grads = {}
costs = []
(n_x,n_h,n_y) = layers_dims
"""
初始化参数
"""
parameters = initialize_parameters(n_x, n_h, n_y)
W1 = parameters["W1"]
b1 = parameters["b1"]
W2 = parameters["W2"]
b2 = parameters["b2"]
"""
开始进行迭代
"""
for i in range(0,num_iterations):
#前向传播
A1, cache1 = linear_activation_forward(X, W1, b1, "relu")
A2, cache2 = linear_activation_forward(A1, W2, b2, "sigmoid")
#计算成本
cost = compute_cost(A2,Y)
#后向传播
##初始化后向传播
dA2 = - (np.divide(Y, A2) - np.divide(1 - Y, 1 - A2))
##向后传播，输入：“dA2，cache2，cache1”。 输出：“dA1，dW2，db2;还有dA0（未使用），dW1，db1”。
dA1, dW2, db2 = linear_activation_backward(dA2, cache2, "sigmoid")
dA0, dW1, db1 = linear_activation_backward(dA1, cache1, "relu")
##向后传播完成后的数据保存到grads
grads["dW1"] = dW1
grads["db1"] = db1
grads["dW2"] = dW2
grads["db2"] = db2
#更新参数
parameters = update_parameters(parameters,grads,learning_rate)
W1 = parameters["W1"]
b1 = parameters["b1"]
W2 = parameters["W2"]
b2 = parameters["b2"]
#打印成本值，如果print_cost=False则忽略
if i % 100 == 0:
#记录成本
costs.append(cost)
#是否打印成本值
if print_cost:
print("第", i ,"次迭代，成本值为：" ,np.squeeze(cost))
#迭代完成，根据条件绘制图
if isPlot:
plt.plot(np.squeeze(costs))
plt.ylabel('cost')
plt.xlabel('iterations (per tens)')
plt.title("Learning rate =" + str(learning_rate))
plt.show()
#返回parameters
return parameters
train_set_x_orig , train_set_y , test_set_x_orig , test_set_y , classes = load_dataset()
train_x_flatten = train_set_x_orig.reshape(train_set_x_orig.shape[0], -1).T
test_x_flatten = test_set_x_orig.reshape(test_set_x_orig.shape[0], -1).T
train_x = train_x_flatten / 255
train_y = train_set_y
test_x = test_x_flatten / 255
test_y = test_set_y
n_x = 12288
n_h = 7
n_y = 1
layers_dims = (n_x,n_h,n_y)
parameters = two_layer_model(train_x, train_set_y, layers_dims = (n_x, n_h, n_y), num_iterations = 2500, print_cost=True,isPlot=True)
def predict(X, y, parameters):
"""
该函数用于预测L层神经网络的结果，当然也包含两层
参数：
X - 测试集
y - 标签
parameters - 训练模型的参数
返回：
p - 给定数据集X的预测
"""
m = X.shape[1]
n = len(parameters) // 2 # 神经网络的层数
p = np.zeros((1,m))
#根据参数前向传播
probas, caches = L_model_forward(X, parameters)
for i in range(0, probas.shape[1]):
if probas[0,i] > 0.5:
p[0,i] = 1
else:
p[0,i] = 0
print("准确度为: " + str(float(np.sum((p == y))/m)))
return p
predictions_train = predict(train_x, train_y, parameters) #训练集
predictions_test = predict(test_x, test_y, parameters) #测试集
multi_hiddenlayer_neural_network.py文件：
import numpy as np
from lr_utils import load_dataset
import matplotlib.pyplot as plt
def initialize_parameters(n_x,n_h,n_y):
"""
此函数初始化两层神经网络参数W，b
参数：
:param n_x: 输入层的节点数量（即特征数）
:param n_h: 隐藏层的节点数量，因为是两层的神经网络，所以隐藏层只有一层
:param n_y: 输出层的节点数量
返回：
:return parameters: 以字典的形式返回初始化好的参数
"""
#初始化参数
W1=np.random.randn(n_h,n_x)*0.01 #产生n_h*n_x个高斯随机数，乘以0.01是为了是权重值变小。第L层权重的维数W(L)=（L层节点数，L-1层节点数）
b1=np.zeros((n_h,1)) #参数b可以是0，只要W和不全是0即可。第L层偏差值b的维数b(L)=（L层节点数，1）。注意这里是两层括号
W2=np.random.randn(n_y,n_h)*0.01
b2=np.zeros((n_y,1)) #注意这里是两层括号
#使用断言确保数据格式正确
assert (W1.shape==(n_h,n_x))
assert (b1.shape==(n_h,1))
assert (W2.shape==(n_y,n_h))
assert (b2.shape==(n_y,1))
#将初始化好的参数以字典(键值对)的形式返回
parameters={
"W1":W1,#键值对之间用逗号分隔
"b1":b1,
"W2":W2,
"b2":b2
}
return parameters
#np.random.seed(1)
#测试数据
# print("==============测试initialize_parameters==============")
# parameters = initialize_parameters(3,2,1)
# print("W1 = " + str(parameters["W1"]))
# print("b1 = " + str(parameters["b1"]))
# print("W2 = " + str(parameters["W2"]))
# print("b2 = " + str(parameters["b2"]))
#测试结果
# ==============测试initialize_parameters==============
# W1 = [[ 5.71757226e-05 4.65059772e-03 -1.19344959e-02]
# [-1.00348742e-02 -1.28002224e-02 3.73308155e-03]]
# b1 = [[0.]
# [0.]]
# W2 = [[-0.0095885 -0.00879129]]
# b2 = [[0.]]
def initialize_parameters_deep(layers_dims):
"""
此函数是为了初始化多层网络参数而使用的函数。
参数：
layers_dims - 包含我们网络中每个图层的节点数量的列表
返回：
parameters - 包含参数“W1”，“b1”，...，“WL”，“bL”的字典：
W1 - 权重矩阵，维度为（layers_dims [1]，layers_dims [1-1]）
bl - 偏向量，维度为（layers_dims [1]，1）
"""
np.random.seed(3)
parameters = {}
L = len(layers_dims)
for l in range(1,L):
parameters["W" + str(l)] = np.random.randn(layers_dims[l], layers_dims[l - 1]) / np.sqrt(layers_dims[l - 1])
parameters["b" + str(l)] = np.zeros((layers_dims[l], 1))
#确保我要的数据的格式是正确的
assert(parameters["W" + str(l)].shape == (layers_dims[l], layers_dims[l-1]))
assert(parameters["b" + str(l)].shape == (layers_dims[l], 1))
return parameters
def linear_forward(A,W,b):
"""
此函数实现向前一次线性传播
参数：
:param A: 来自上一层的激活（或输入数据），维度为(上一层的节点数量，样本的数量）
:param W: 权重矩阵，numpy数组，维度为（当前图层的节点数量，前一图层的节点数量）
:param b: 偏向量，numpy向量，维度为（当前图层节点数量，1）
返回：
:return:
"""
#计算线性部分，激活函数是非线性部分，另有函数处理
Z=np.dot(W,A)+b
#断言确保Z的维度是正确的
assert (Z.shape==(W.shape[0],A.shape[1])) #Z的维度是（当前图层的节点数量W.shape[0]，样本的数量A.shape[1]）
#将A,W,b保存到cache中，以便在反向梯度下降求导时传递使用
cache=(A,W,b)
#将cache，Z返回
return Z,cache
#测试
# print("==============测试linear_forward==============")
# A=np.random.randn(3,6) #3个特征，6个样本
# parameters=initialize_parameters(3,5,1)
# W1=parameters["W1"]
# b1=parameters["b1"]
# W2=parameters["W2"]
# b2=parameters["b2"]
# print(A)
# print(W1)
# print(b1)
# Z1,cache = linear_forward(A,W1,b1)
# print("Z1 = " + str(Z1))
def sigmoid(Z):
"""
sigmoid函数
"""
A = 1/(1+np.exp(-Z))
cache = Z
return A, cache
def sigmoid_backward(dA, cache):
"""
Implement the backward propagation for a single SIGMOID unit.
Arguments:
dA -- post-activation gradient, of any shape
cache -- 'Z' where we store for computing backward propagation efficiently
Returns:
dZ -- Gradient of the cost with respect to Z
"""
Z = cache
s = 1/(1+np.exp(-Z))
dZ = dA * s * (1-s)
assert (dZ.shape == Z.shape)
return dZ
def relu(Z):
"""
Implement the RELU function.
Arguments:
Z -- Output of the linear layer, of any shape
Returns:
A -- Post-activation parameter, of the same shape as Z
cache -- a python dictionary containing "A" ; stored for computing the backward pass efficiently
"""
A = np.maximum(0,Z)
assert(A.shape == Z.shape)
cache = Z
return A, cache
def relu_backward(dA, cache):
"""
Implement the backward propagation for a single RELU unit.
Arguments:
dA -- post-activation gradient, of any shape
cache -- 'Z' where we store for computing backward propagation efficiently
Returns:
dZ -- Gradient of the cost with respect to Z
"""
Z = cache
dZ = np.array(dA, copy=True) # just converting dz to a correct object.
# When z <= 0, you should set dz to 0 as well.
dZ[Z <= 0] = 0
assert (dZ.shape == Z.shape)
return dZ
def linear_activation_forward(A_prev,W,b,activation):
"""
实现LINEAR-> ACTIVATION 这一层的前向传播
参数：
A_prev - 来自上一层（或输入层）的激活，维度为(上一层的节点数量，示例数）
W - 权重矩阵，numpy数组，维度为（当前层的节点数量，前一层的大小）
b - 偏向量，numpy阵列，维度为（当前层的节点数量，1）
activation - 选择在此层中使用的激活函数名，字符串类型，【"sigmoid" | "relu"】
返回：
A - 激活函数的输出，也称为激活后的值
cache - 一个包含“linear_cache”和“activation_cache”的字典，我们需要存储它以有效地计算后向传递
"""
if activation == "sigmoid":
Z, linear_cache = linear_forward(A_prev, W, b)
A, activation_cache = sigmoid(Z)
elif activation == "relu":
Z, linear_cache = linear_forward(A_prev, W, b)
A, activation_cache = relu(Z)
assert(A.shape == (W.shape[0],A_prev.shape[1]))
cache = (linear_cache,activation_cache)
return A,cache
def compute_cost(AL,Y):
"""
实施等式（4）定义的成本函数。
参数：
AL - 与标签预测相对应的概率向量，维度为（1，示例数量）
Y - 标签向量（例如：如果不是猫，则为0，如果是猫则为1），维度为（1，数量）
返回：
cost - 交叉熵成本
"""
m = Y.shape[1]
cost = -np.sum(np.multiply(np.log(AL),Y) + np.multiply(np.log(1 - AL), 1 - Y)) / m
cost = np.squeeze(cost)
assert(cost.shape == ())
return cost
def linear_backward(dZ,cache):
"""
为单层实现反向传播的线性部分（第L层）
参数：
dZ - 相对于（当前第l层的）线性输出的成本梯度
cache - 来自当前层前向传播的值的元组（A_prev，W，b）
返回：
dA_prev - 相对于激活（前一层l-1）的成本梯度，与A_prev维度相同
dW - 相对于W（当前层l）的成本梯度，与W的维度相同
db - 相对于b（当前层l）的成本梯度，与b维度相同
"""
A_prev, W, b = cache
m = A_prev.shape[1]
dW = np.dot(dZ, A_prev.T) / m
db = np.sum(dZ, axis=1, keepdims=True) / m
dA_prev = np.dot(W.T, dZ)
assert (dA_prev.shape == A_prev.shape)
assert (dW.shape == W.shape)
assert (db.shape == b.shape)
return dA_prev, dW, db
def linear_activation_backward(dA,cache,activation="relu"):
"""
实现LINEAR-> ACTIVATION层的后向传播。
参数：
dA - 当前层l的激活后的梯度值
cache - 我们存储的用于有效计算反向传播的值的元组（值为linear_cache，activation_cache）
activation - 要在此层中使用的激活函数名，字符串类型，【"sigmoid" | "relu"】
返回：
dA_prev - 相对于激活（前一层l-1）的成本梯度值，与A_prev维度相同
dW - 相对于W（当前层l）的成本梯度值，与W的维度相同
db - 相对于b（当前层l）的成本梯度值，与b的维度相同
"""
linear_cache, activation_cache = cache
if activation == "relu":
dZ = relu_backward(dA, activation_cache)
dA_prev, dW, db = linear_backward(dZ, linear_cache)
elif activation == "sigmoid":
dZ = sigmoid_backward(dA, activation_cache)
dA_prev, dW, db = linear_backward(dZ, linear_cache)
return dA_prev,dW,db
def L_model_forward(X,parameters):
"""
实现[LINEAR-> RELU] *（L-1） - > LINEAR-> SIGMOID计算前向传播，也就是多层网络的前向传播，为后面每一层都执行LINEAR和ACTIVATION
参数：
X - 数据，numpy数组，维度为（输入节点数量，示例数）
parameters - initialize_parameters_deep（）的输出
返回：
AL - 最后的激活值
caches - 包含以下内容的缓存列表：
linear_relu_forward（）的每个cache（有L-1个，索引为从0到L-2）
linear_sigmoid_forward（）的cache（只有一个，索引为L-1）
"""
caches = []
A = X
L = len(parameters) // 2
for l in range(1,L):
A_prev = A
A, cache = linear_activation_forward(A_prev, parameters['W' + str(l)], parameters['b' + str(l)], "relu")
caches.append(cache)
AL, cache = linear_activation_forward(A, parameters['W' + str(L)], parameters['b' + str(L)], "sigmoid")
caches.append(cache)
assert(AL.shape == (1,X.shape[1]))
return AL,caches
def L_model_backward(AL,Y,caches):
"""
对[LINEAR-> RELU] *（L-1） - > LINEAR - > SIGMOID组执行反向传播，就是多层网络的向后传播
参数：
AL - 概率向量，正向传播的输出（L_model_forward（））
Y - 标签向量（例如：如果不是猫，则为0，如果是猫则为1），维度为（1，数量）
caches - 包含以下内容的cache列表：
linear_activation_forward（"relu"）的cache，不包含输出层
linear_activation_forward（"sigmoid"）的cache
返回：
grads - 具有梯度值的字典
grads [“dA”+ str（l）] = ...
grads [“dW”+ str（l）] = ...
grads [“db”+ str（l）] = ...
"""
grads = {}
L = len(caches)
m = AL.shape[1]
Y = Y.reshape(AL.shape)
dAL = - (np.divide(Y, AL) - np.divide(1 - Y, 1 - AL))
current_cache = caches[L-1]
grads["dA" + str(L)], grads["dW" + str(L)], grads["db" + str(L)] = linear_activation_backward(dAL, current_cache, "sigmoid")
for l in reversed(range(L-1)):
current_cache = caches[l]
dA_prev_temp, dW_temp, db_temp = linear_activation_backward(grads["dA" + str(l + 2)], current_cache, "relu")
grads["dA" + str(l + 1)] = dA_prev_temp
grads["dW" + str(l + 1)] = dW_temp
grads["db" + str(l + 1)] = db_temp
return grads
def update_parameters(parameters, grads, learning_rate):
"""
使用梯度下降更新参数
参数：
parameters - 包含你的参数的字典
grads - 包含梯度值的字典，是L_model_backward的输出
返回：
parameters - 包含更新参数的字典
参数[“W”+ str（l）] = ...
参数[“b”+ str（l）] = ...
"""
L = len(parameters) // 2 #整除
for l in range(L):
parameters["W" + str(l + 1)] = parameters["W" + str(l + 1)] - learning_rate * grads["dW" + str(l + 1)]
parameters["b" + str(l + 1)] = parameters["b" + str(l + 1)] - learning_rate * grads["db" + str(l + 1)]
return parameters
def L_layer_model(X, Y, layers_dims, learning_rate=0.0075, num_iterations=3000, print_cost=False,isPlot=True):
"""
实现一个L层神经网络：[LINEAR-> RELU] *（L-1） - > LINEAR-> SIGMOID。
参数：
X - 输入的数据，维度为(n_x，例子数)
Y - 标签，向量，0为非猫，1为猫，维度为(1,数量)
layers_dims - 层数的向量，维度为(n_y,n_h,···,n_h,n_y)
learning_rate - 学习率
num_iterations - 迭代的次数
print_cost - 是否打印成本值，每100次打印一次
isPlot - 是否绘制出误差值的图谱
返回：
parameters - 模型学习的参数。 然后他们可以用来预测。
"""
np.random.seed(1)
costs = []
parameters = initialize_parameters_deep(layers_dims)
for i in range(0,num_iterations):
AL , caches = L_model_forward(X,parameters)
cost = compute_cost(AL,Y)
grads = L_model_backward(AL,Y,caches)
parameters = update_parameters(parameters,grads,learning_rate)
#打印成本值，如果print_cost=False则忽略
if i % 100 == 0:
#记录成本
costs.append(cost)
#是否打印成本值
if print_cost:
print("第", i ,"次迭代，成本值为：" ,np.squeeze(cost))
#迭代完成，根据条件绘制图
if isPlot:
plt.plot(np.squeeze(costs))
plt.ylabel('cost')
plt.xlabel('iterations (per tens)')
plt.title("Learning rate =" + str(learning_rate))
plt.show()
return parameters
train_set_x_orig , train_set_y , test_set_x_orig , test_set_y , classes = load_dataset()
train_x_flatten = train_set_x_orig.reshape(train_set_x_orig.shape[0], -1).T
test_x_flatten = test_set_x_orig.reshape(test_set_x_orig.shape[0], -1).T
train_x = train_x_flatten / 255
train_y = train_set_y
test_x = test_x_flatten / 255
test_y = test_set_y
layers_dims = [12288, 20, 7, 5, 1] # 5-layer model
parameters = L_layer_model(train_x, train_y, layers_dims, num_iterations = 2500, print_cost = True,isPlot=True)
def predict(X, y, parameters):
"""
该函数用于预测L层神经网络的结果，当然也包含两层
参数：
X - 测试集
y - 标签
parameters - 训练模型的参数
返回：
p - 给定数据集X的预测
"""
m = X.shape[1]
n = len(parameters) // 2 # 神经网络的层数
p = np.zeros((1,m))
#根据参数前向传播
probas, caches = L_model_forward(X, parameters)
for i in range(0, probas.shape[1]):
if probas[0,i] > 0.5:
p[0,i] = 1
else:
p[0,i] = 0
print("准确度为: " + str(float(np.sum((p == y))/m)))
return p
pred_train = predict(train_x, train_y, parameters) #训练集
pred_test = predict(test_x, test_y, parameters) #测试集
神经网络和深度学习系列笔记： 传送门