RBF神经网络及Python实现(附源码)

Shawnny
6个月前 阅读 38 点赞 0

RBF网络能够逼近任意非线性的函数。可以处理系统内难以解析的规律性,具有很好的泛化能力,并且具有较快的学 习速度。当网络的一个或多个可调参数(权值或阈值)对任何一个输出都有影响时,这样的网络称为全局逼近网络。

由于对于每次输入,网络上的每一个权值都要调整,从而导致全局逼近网络的学习速度很慢,比如BP网络。如果对于输入空间的某个局部区域只有少数几个连接权值影响输出,则该网络称为局部逼近网络,比如RBF网络。接下来重点先介绍RBF网络的原理,然后给出其实现。先看如下图



正则化的RBF神经网路请参照博客园的文章(链接:http://www.cnblogs.com/zhangchaoyang/articles/2591663.html)。


下面是一个比较好的Python的RBF网络实现。


from scipy import *  
from scipy.linalg import norm, pinv  
   
from matplotlib import pyplot as plt  
   
class RBF:  
       
    def __init__(self, indim, numCenters, outdim):  
        self.indim = indim  
        self.outdim = outdim  
        self.numCenters = numCenters  
        self.centers = [random.uniform(-11, indim) for i in xrange(numCenters)]  
        self.beta = 8  
        self.W = random.random((self.numCenters, self.outdim))  
           
    def _basisfunc(self, c, d):  
        assert len(d) == self.indim  
        return exp(-self.beta * norm(c-d)**2)  
       
    def _calcAct(self, X):  
        # calculate activations of RBFs  
        G = zeros((X.shape[0], self.numCenters), float)  
        for ci, c in enumerate(self.centers):  
            for xi, x in enumerate(X):  
                G[xi,ci] = self._basisfunc(c, x)  
        return G  
       
    def train(self, X, Y):  
        """ X: matrix of dimensions n x indim  
            y: column vector of dimension n x 1 """  
           
        # choose random center vectors from training set  
        rnd_idx = random.permutation(X.shape[0])[:self.numCenters]  
        self.centers = [X[i,:for i in rnd_idx]  
           
        print "center"self.centers  
        # calculate activations of RBFs  
        G = self._calcAct(X)  
        print G  
           
        # calculate output weights (pseudoinverse)  
        self.W = dot(pinv(G), Y)  
           
    def test(self, X):  
        """ X: matrix of dimensions n x indim """  
           
        G = self._calcAct(X)  
        Y = dot(G, self.W)  
        return Y  
  
if __name__ == '__main__':  
    n = 100  
    x = mgrid[-1:1:complex(0,n)].reshape(n, 1)  
    # set y and add random noise  
    y = sin(3*(x+0.5)**3 - 1)  
    # y += random.normal(0, 0.1, y.shape)  
       
    # rbf regression  
    rbf = RBF(1101)  
    rbf.train(x, y)  
    z = rbf.test(x)  
         
    # plot original data  
    plt.figure(figsize=(128))  
    plt.plot(x, y, 'k-')  
       
    # plot learned model  
    plt.plot(x, z, 'r-', linewidth=2)  
       
    # plot rbfs  
    plt.plot(rbf.centers, zeros(rbf.numCenters), 'gs')  
       
    for c in rbf.centers:  
        # RF prediction lines  
        cx = arange(c-0.7, c+0.70.01)  
        cy = [rbf._basisfunc(array([cx_]), array([c])) for cx_ in cx]  
        plt.plot(cx, cy, '-', color='gray', linewidth=0.2)  
       
    plt.xlim(-1.21.2)  
    plt.show() 


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