拓扑排序:神经网络

news2024/12/23 23:25:18

题目链接

神经网络

题目大意

在兰兰的模型中,神经网络就是一张有向图,图中的节点称为神经元,而且两个神经 元之间至多有一条边相连,下图是一个神经元的例子:
在这里插入图片描述
图中, X 1 — X 3 X_1—X_3 X1X3是信息输入渠道, Y 1 - Y 2 Y_1-Y_2 Y1Y2 是信息输出渠道, C i C_i Ci表示神经元目前的状态, U i U_i Ui是阈值,可视为神经元的一个内在参数。

神经元按一定的顺序排列,构成整个神经网络。在兰兰的模型之中,神经网络中的神 经无分为几层;称为输入层、输出层,和若干个中间层。每层神经元只向下一层的神经元输出信息,只从上一层神经元接受信息。下图是一个简单的三层神经网络的例子。
在这里插入图片描述
兰兰规定, C i C_i Ci服从公式:(其中 n n n 是网络中所有神经元的数目)
在这里插入图片描述
公式中的 W j i W_{ji} Wji(可能为负值)表示连接 jj 号神经元和 ii 号神经元的边的权值。当 C i C_i Ci大于 0 时,该神经元处于兴奋状态,否则就处于平静状态。当神经元处于兴奋状态时,下一秒它会向其他神经元传送信号,信号的强度为 C i C_i Ci。如此.在输入层神经元被激发之后,整个网络系统就在信息传输的推动下进行运作。 现在,给定一个神经网络,及当前输入层神经元的状态( C i C_i Ci),要求你的程序运算出最后网络输出层的状态。

输入格式

输入第一行是两个整数 n ( 1 ≤ n ≤ 20 ) (1 \leq n \leq 20) 1n20和 p。接下来 n 行,每行两个整数,第 i+1行是神经元 i 最初状态和其阈值( U i U_i Ui),非输入层的神经元开始时状态必然为 0。再下面 P P P 行,每行由两个整数 i , j i,j i,j及一个整数 W i j W_{ij} Wij,表示连接神经元 ii、jj 的边权值为 W i j W_{ij} Wij

输出格式

输出若干行,每行有两个整数,分别对应一个神经元的编号,及其最后的状 态,两个整数间以空格分隔。仅输出最后状态非零的输出层神经元状态,并且按照编号由小到大顺序输出!

若输出层的神经元最后状态均为 0 0 0,则输出 N U L L NULL NULL

解题思路

权值的传递过程如何

拓扑排序

拓扑排序:对一个有向无环图G进行拓扑排序,是将G中所有顶点排成一个线性序列,使得图中任意一对顶点u和v,若边 < u , v > ∈ E ( G ) <u,v>∈E(G) <u,v>∈E(G),则u在线性序列中出现在v之前。通常,这样的线性序列称为满足拓扑次序(Topological Order)的序列,简称拓扑序列。
简单的说,由某个集合上的一个偏序得到该集合上的一个全序
总览:从入度为0的点开始遍历,一直到出度为0的点。
思路分步:
1、首先输入时确定是否为输入层,非输入层可以直接在这里减去U。
2、根据公式,要求一个点的权值C,就要求出所有的C[j]*W[i,j]。
3、所有的节点的权值是从他的上一个节点推过来的,根据公式求权值。通过拓扑排序,C[i]的值简单地累加。

AC Code

Python3

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Author : BYW-yuwei
# @Software: python3.8.6
N = 110
P = 100001
edges =[0 for _ in range(P)]
head = [0 for _ in range(N)]
U = [0 for _ in range(N)]
C = [0 for _ in range(N)]
in_node = [0 for _ in range(N)]
out_node = [0 for _ in range(N)]
num_edges = 1

def add_edge(u,v,w):
    global num_edges
    edges[num_edges] = [head[u],v,w] 
    head[u] = num_edges
    num_edges += 1

n,p = map(int,input().split())
for i in range(n):
    C[i],U[i] = map(int,input().split())
    if C[i] == 0:
        C[i] -= U[i]
for i in range(p):
    u,v,w = map(int,input().split())
    add_edge(u,v,w)
    in_node[v]+=1
    out_node[u]+=1
    
def topologicalSort():
    queue = []
    for i in  range(1,n+1):#从1编号
        if in_node[i]==0:
            queue.append(i)

    while queue:
        u = queue.pop(0)
        i = head[u]
        while i:
            v = edges[i][1]
            in_node[v]=in_node[v]-1
            if in_node[v] ==0:
                queue.append(v)
            if C[u-1]>0:
                C[v-1]+= edges[i][2]*C[u-1]
            i = edges[i][0]

def solve():
    topologicalSort()
    tag = 1
    for i in range(n):
        if C[i] > 0 and out_node[i+1]==0:
            print(i+1,C[i])
            tag = 0
    if tag:
        print("NULL")
solve()            

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