Все задачи
Сложно Решено: 0 Процент решений: 0%

Обучите нейросеть решать XOR

Соберите всё вместе: обучите сигмоидную сеть 2-2-1 обратным распространением, пока она не выучит XOR.

Чему вы научитесь

  • Обучать небольшую сеть от начала до конца
  • Понять, почему XOR нужен скрытый слой
  • Объединять прямой и обратный проходы

Условие

XOR (исключающее ИЛИ) — классическая задача, которую не может решить один нейрон, но может решить сеть с одним скрытым слоем. Обучите сеть с 2 входами, 2 скрытыми нейронами и 1 выходом, все сигмоидные (σ(z) = 1 / (1 + e^(-z))), с функцией потерь L = (y - target)².

Обучающие данные, которые в каждой эпохе всегда используются в этом порядке:

входtarget
[0, 0]0
[0, 1]1
[1, 0]1
[1, 1]0

Для каждого примера:

  1. Прямой проход: a_j = σ(x₁ × hidden_weights[j][0] + x₂ × hidden_weights[j][1] + hidden_biases[j]), y = σ(a₁ × output_weights[0] + a₂ × output_weights[1] + output_bias)
  2. delta_out = 2 × (y - target) × y × (1 - y) и delta_j = delta_out × output_weights[j] × a_j × (1 - a_j), с весами до обновления на этом примере
  3. Обновите каждый параметр со скоростью обучения lr: output_weights[j] -= lr × delta_out × a_j, output_bias -= lr × delta_out, hidden_weights[j][i] -= lr × delta_j × x_i, hidden_biases[j] -= lr × delta_j

Реализуйте train_xor(hidden_weights, hidden_biases, output_weights, output_bias, learning_rate, epochs).

Выходные данные

После обучения верните предсказания сети y для входов [0, 0], [0, 1], [1, 0] и [1, 1] в этом порядке.

Ограничения

0 ≤ epochs ≤ 5000

0 < learning_rate ≤ 5

-2 ≤ каждый начальный вес и смещение ≤ 2

Примеры

Пример 1
Ввод:
epochs = 0
output_bias = 0.0
hidden_biases = [0.0, 0.3]
learning_rate = 1.5
hidden_weights = [
    [0.2, 0.8],
    [0.9, -0.7]
]
output_weights = [-0.6, 0.4]

Ожидаемый вывод:
expected = [0.482451, 0.436972, 0.494378, 0.452729]
Ввод:
long long epochs = 0;
double output_bias = 0.0;
std::vector<double> hidden_biases = {0.0, 0.3};
double learning_rate = 1.5;
std::vector<std::vector<double>> hidden_weights = {
    {0.2, 0.8},
    {0.9, -0.7}
};
std::vector<double> output_weights = {-0.6, 0.4};

Ожидаемый вывод:
std::vector<double> expected = {0.482451, 0.436972, 0.494378, 0.452729};
Ввод:
long epochs = 0;
double output_bias = 0.0;
double[] hidden_biases = new double[] {0.0, 0.3};
double learning_rate = 1.5;
double[][] hidden_weights = new double[][] {
    new double[] {0.2, 0.8},
    new double[] {0.9, -0.7}
};
double[] output_weights = new double[] {-0.6, 0.4};

Ожидаемый вывод:
double[] expected = new double[] {0.482451, 0.436972, 0.494378, 0.452729};

Пояснение

При 0 эпох ничего не обучается, поэтому результат — это просто прямой проход с начальными весами: примерно [0.482, 0.437, 0.494, 0.453]. Необученная сеть даёт почти одинаковый ответ на любой вход.

Пример 2
Ввод:
epochs = 2000
output_bias = 0.0
hidden_biases = [0.0, 0.3]
learning_rate = 1.5
hidden_weights = [
    [0.2, 0.8],
    [0.9, -0.7]
]
output_weights = [-0.6, 0.4]

Ожидаемый вывод:
expected = [0.015727, 0.982119, 0.985515, 0.013682]
Ввод:
long long epochs = 2000;
double output_bias = 0.0;
std::vector<double> hidden_biases = {0.0, 0.3};
double learning_rate = 1.5;
std::vector<std::vector<double>> hidden_weights = {
    {0.2, 0.8},
    {0.9, -0.7}
};
std::vector<double> output_weights = {-0.6, 0.4};

Ожидаемый вывод:
std::vector<double> expected = {0.015727, 0.982119, 0.985515, 0.013682};
Ввод:
long epochs = 2000;
double output_bias = 0.0;
double[] hidden_biases = new double[] {0.0, 0.3};
double learning_rate = 1.5;
double[][] hidden_weights = new double[][] {
    new double[] {0.2, 0.8},
    new double[] {0.9, -0.7}
};
double[] output_weights = new double[] {-0.6, 0.4};

Ожидаемый вывод:
double[] expected = new double[] {0.015727, 0.982119, 0.985515, 0.013682};

Пояснение

После 2000 эпох предсказания примерно равны [0.016, 0.982, 0.986, 0.014]: низкие для [0, 0] и [1, 1], высокие для [0, 1] и [1, 0]. Сеть выучила XOR.

Ссылки

Это задание адаптировано для CodeUtility. Следуйте условию и ограничениям выше.

Учитесь у других

Решения сообщества

Пока нет опубликованных решений. Решите задание, чтобы поделиться первым.