Golang與機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)合：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

隨著機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展，越來(lái)越多的編程語(yǔ)言開(kāi)始探索如何與之結(jié)合，Golang也不例外。本篇文章將介紹如何使用Golang實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行分類(lèi)任務(wù)。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種類(lèi)似于人腦神經(jīng)元的計(jì)算模型，可以通過(guò)訓(xùn)練來(lái)學(xué)習(xí)輸入和輸出之間的關(guān)系。在本例中，我們將使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)鳶尾花進(jìn)行分類(lèi)。鳶尾花是一個(gè)常用的數(shù)據(jù)集，包含150個(gè)樣本，每個(gè)樣本有四個(gè)特征和一個(gè)類(lèi)別標(biāo)簽，分別是Setosa、Versicolour和Virginica。

首先，我們需要導(dǎo)入一些必要的庫(kù)和數(shù)據(jù)集：

`Go

import (

"fmt"

"math"

"math/rand"

"time"

"github.com/sajari/regression"

"github.com/sjwhitworth/golearn/base"

"github.com/sjwhitworth/golearn/linear_models"

"github.com/sjwhitworth/golearn/neural"

"github.com/sjwhitworth/golearn/evaluate"

"github.com/sjwhitworth/golearn/knn"

"github.com/sjwhitworth/golearn/metrics/pairwise"

"github.com/sjwhitworth/golearn/model_selection"

"github.com/sjwhitworth/golearn/trees"

"github.com/sjwhitworth/golearn/ensemble"

)

func init() {

rand.Seed(time.Now().UnixNano())

}

var (

irisData base.FixedDataGrid

smpl base.FixedDataGrid

)

接下來(lái)，我們需要加載鳶尾花數(shù)據(jù)集并進(jìn)行預(yù)處理：`Gofunc loadIrisData(file string) (base.FixedDataGrid, error) {   rawData, err := base.ParseCSVToInstances(file, true)   if err != nil {      return nil, err   }   // 將類(lèi)別轉(zhuǎn)換為數(shù)字   classAttrs := rawData.AllClassAttributes()   for _, classAttr := range classAttrs {      base.MapStringsToFloats(rawData, classAttr)   }   return rawData, nil}func preprocess(data base.FixedDataGrid) (base.FixedDataGrid, error) {   // 移除缺失值   filteredData, err := base.NewLargestClassFilter(data, 2)   if err != nil {      return nil, err   }   // 將所有特征歸一化到范圍內(nèi)   scaledData, err := base.NewBatchScaleFilter(filteredData)   if err != nil {      return nil, err   }   return scaledData, nil}irisData, err := loadIrisData("iris.csv")if err != nil {   panic(err)}irisData, err := preprocess(irisData)if err != nil {   panic(err)}

現(xiàn)在，我們可以開(kāi)始構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)了。我們將創(chuàng)建一個(gè)含有3層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，分別是輸入層、隱層和輸出層。輸入層有4個(gè)神經(jīng)元，隱層有10個(gè)神經(jīng)元，輸出層有3個(gè)神經(jīng)元：

`Go

net := neural.NewNetwork()

// 添加輸入層

net.AddLayer(neural.NewInputLayer(4))

// 添加隱層

net.AddLayer(neural.NewFullyConnectedLayer(10, neural.LinearActivation))

// 添加輸出層

net.AddLayer(neural.NewFullyConnectedLayer(3, neural.SigmoidActivation))

// 連接所有層

net.Connect()

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建好了，但是還沒(méi)有訓(xùn)練數(shù)據(jù)。我們將使用75%的數(shù)據(jù)用于訓(xùn)練，25%的數(shù)據(jù)用作測(cè)試：`GotrainData, testData := model_selection.TrainTestSplit(irisData, 0.75)

接下來(lái)，我們需要定義一個(gè)損失函數(shù)來(lái)衡量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確程度。我們選擇交叉熵作為損失函數(shù)：

`Go

lossFunction := neural.NewCrossEntropyLoss()

定義完損失函數(shù)后，我們需要使用反向傳播算法來(lái)優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重和偏置量。我們選擇使用隨機(jī)梯度下降算法來(lái)最小化損失：`Gotrainer := neural.NewVanillaSGD(0.01, 0.9)

現(xiàn)在，我們可以開(kāi)始訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)了。我們將訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)50個(gè)epochs，每個(gè)epoch都會(huì)打印出當(dāng)前的損失和準(zhǔn)確度：

`Go

for i := 0; i < 50; i++ {

trainer.Train(net, trainData, lossFunction)

predictions := evaluate.BinaryPredictions(net, testData)

cm, err := evaluate.GetConfusionMatrix(predictions, testData)

if err != nil {

panic(err)

}

accuracy := evaluate.GetAccuracy(cm)

fmt.Printf("Epoch %d: Loss %.4f Accuracy %.4f\n", i+1, lossFunction.Loss(net, testData), accuracy)

}

訓(xùn)練完成后，我們可以進(jìn)行預(yù)測(cè)了。假設(shè)我們有一個(gè)新的樣本，它的特征值為，我們可以把它輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行預(yù)測(cè)：`GonewSample := base.NewDenseInstance(float64{5.1, 3.5, 1.4, 0.2})result, err := net.Predict(newSample)if err != nil {   panic(err)}fmt.Printf("Prediction: %v\n", result)

以上就是使用Golang實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行分類(lèi)的過(guò)程。當(dāng)然，這只是一個(gè)很簡(jiǎn)單的例子，實(shí)際上神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和調(diào)參是非常復(fù)雜的。但是，我相信這個(gè)例子可以幫助大家更好地理解Golang與機(jī)器學(xué)習(xí)的結(jié)合。

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