向量的反向传播和形状不适合

Question

这可能是一个愚蠢的问题，但我有点卡住了。我正在尝试在 Python 中编写一个简单的前馈神经网络。我的输入层、权重层和输出层声明如下：

self.inp = np.zeros(21)
self.weights1 = np.random.rand(self.inp.shape[0],15) 
self.weights2 = np.random.rand(15, 15)
self.layer1 = self.sigmoid(np.dot(self.inp, self.weights1))
self.output = self.sigmoid(np.dot(self.layer1, self.weights2))

现在我正在尝试反向传播，但我的向量大小不合适。这是我的反向传播函数：

def backpropagate(self, dice, board):
    y = argmax(dice, self.moves)
    d_weights2 = np.dot(self.layer1.T, (2*(y - self.output) * self.sigmoidDerivative(self.output)))
    d_weights1 = np.dot(self.inp.T,  (np.dot(2*(y - self.output) * self.sigmoidDerivative(self.output), self.weights2.T) * self.sigmoidDerivative(self.layer1)))

    self.weights1 += d_weights1
    self.weights2 += d_weights2

计算 d_weights1 时出现错误。错误是

ValueError: shapes (21,) and (15,) not aligned: 21 (dim 0) != 15 (dim 0)

如何使我的向量适合？

提前致谢！

编辑：

根据要求，这里是完整的 class:

import numpy as np
from TestValues import argmax, testfunctions, zero

class AI:

    def __init__(self):
        self.moves = []
        self.inp = np.zeros(21)
        self.weights1 = np.random.rand(self.inp.shape[0],21) 
        self.weights2 = np.random.rand(21, 15)
        self.output = np.zeros(15)

    def getPlacement(self, dice, board):
        self.feedforward(dice, board)
        self.backpropagate(dice, board)
        result = self.output
        for x in self.moves:
            result[x] = -1.
        move = np.argmax(result)
        self.moves.append(move)
        return move

    def feedforward(self, dice, board):
        i = 0
        for x in dice:
            self.inp[i] = x
            i += 1
        for x in board:
            self.inp[i] = x
            i += 1

        self.layer1 = self.sigmoid(np.dot(self.inp, self.weights1))
        self.output = self.sigmoid(np.dot(self.layer1, self.weights2))

    def backpropagate(self, dice, board):

        y = argmax(dice, self.moves)

        d_weights2 = np.dot(self.layer1.T, np.dot(2*(y - self.output), self.sigmoidDerivative(self.output)))
        d_weights1 = np.dot(self.inp.T,  (np.dot(2*(y - self.output) * self.sigmoidDerivative(self.output), self.weights2.T) * self.sigmoidDerivative(self.layer1)))

        print(self.weights2.shape)

        self.weights1 += d_weights1
        self.weights2 += d_weights2

    def sigmoid(self, x):
        return 1 / (1 + np.exp(-x))

    def sigmoidDerivative(self, x):
        return self.sigmoid(x) * (1 - self.sigmoid(x))

Answer 1

问题似乎出在您初始化输入的方式上。您正在生成一个形状为 (21,) 的数组，而不是 (1, 21)。如果您计划一次反向传播许多训练样本，这在某些时候可能会变得很明显。此外，尝试调试这些结果矩阵的形状通常是有益的。例如，我的 d_weights2 是单个标量。如果您不熟悉矩阵代数，它对理解点积以及应该得出的结果非常有帮助。

所以，简单地说，就像这样初始化：

inp = np.zeros((1, 21))

这为我生成了合理的形状。

此外，即使不是 CodeReview，我也不得不对您的代码说几句。不要重复自己。反向传播时，您可以先计算一层的误差，然后在两次更新中使用它。 error = 2*(output - y) * d_logistic(output) 如果您计划将网络扩展到任意大小，而不仅仅是两层，这也会稍微简化一些事情。

还有一件事，你的函数 sigmoid 和 sigmoidDerivative 在 class 中没有用处。考虑让它们成为纯函数，而不是 class 方法。

向量的反向传播和形状不适合

Backpropagation and shapes of vectors not fitting

python

vector

neural-network

backpropagation