C/C++ Adaline自适应线性神经网络算法详解及源码

news2024/11/24 17:31:31

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标题：C/C++ Adaline自适应线性神经网络算法详解及源码

1. 简介

Adaline（自适应线性神经元）是一种用于模式分类的线性神经网络。它与感知器类似，但具有一些改进，如使用连续的激活函数和梯度下降算法进行权重调整。本文将介绍Adaline算法的原理、实现步骤以及用C/C++编写的源码。

2. 原理

Adaline的原理类似于感知器，但是输出不是一个离散的值，而是一个连续的值。它的输入与输出之间存在一个线性关系：

[ y = \sum_{i=1}^{n} w_i \cdot x_i ]

其中，( y ) 是输出，( w_i ) 是权重，( x_i ) 是输入。

Adaline的学习算法是基于梯度下降的。它的目标是最小化预测输出与实际输出之间的误差，即最小化成本函数：

[ J(w) = \frac{1}{2} \sum_{i=1}^{n} (target_i - output_i)^2 ]

通过梯度下降法更新权重，使得成本函数逐步减小，最终达到收敛。

3. 实现步骤

3.1 初始化权重

初始化权重 ( w_i )，可以随机初始化或者使用零值初始化。

3.2 前向传播

对于每个输入样本，计算输出 ( y )：

[ y = \sum_{i=1}^{n} w_i \cdot x_i ]

3.3 计算误差

计算预测输出与实际输出之间的误差：

[ error = target - output ]

3.4 更新权重

根据误差使用梯度下降法更新权重：

[ w_i = w_i + \alpha \cdot error \cdot x_i ]

其中，( \alpha ) 是学习率。

3.5 重复步骤2-4

重复执行前向传播、计算误差和更新权重的步骤，直到达到收敛或者达到最大迭代次数。

4. 源码示例

下面是一个使用C/C++编写的简单的Adaline算法示例：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

class Adaline {
private:
    vector<double> weights;
    double learningRate;

public:
    Adaline(int inputSize, double alpha) : learningRate(alpha) {
        // Initialize weights with zeros
        weights.resize(inputSize, 0.0);
    }

    double predict(vector<double>& inputs) {
        double output = 0.0;
        for (int i = 0; i < inputs.size(); ++i) {
            output += weights[i] * inputs[i];
        }
        return output;
    }

    void train(vector<vector<double>>& trainingData, vector<double>& targets, int epochs) {
        for (int epoch = 0; epoch < epochs; ++epoch) {
            for (int i = 0; i < trainingData.size(); ++i) {
                double prediction = predict(trainingData[i]);
                double error = targets[i] - prediction;
                for (int j = 0; j < weights.size(); ++j) {
                    weights[j] += learningRate * error * trainingData[i][j];
                }
            }
        }
    }
};

int main() {
    vector<vector<double>> trainingData = {{0, 0}, {0, 1}, {1, 0}, {1, 1}};
    vector<double> targets = {-1, -1, -1, 1};

    Adaline adaline(2, 0.1);
    adaline.train(trainingData, targets, 1000);

    // Test the trained model
    for (int i = 0; i < trainingData.size(); ++i) {
        cout << "Input: " << trainingData[i][0] << ", " << trainingData[i][1] << " Output: " << adaline.predict(trainingData[i]) << endl;
    }

    return 0;
}