Golang與機器學習結合：實現簡單的神經網絡

隨著機器學習的發展，越來越多的編程語言開始探索如何與之結合，Golang也不例外。本篇文章將介紹如何使用Golang實現一個簡單的神經網絡來進行分類任務。

神經網絡是一種類似于人腦神經元的計算模型，可以通過訓練來學習輸入和輸出之間的關系。在本例中，我們將使用神經網絡來對鳶尾花進行分類。鳶尾花是一個常用的數據集，包含150個樣本，每個樣本有四個特征和一個類別標簽，分別是Setosa、Versicolour和Virginica。

首先，我們需要導入一些必要的庫和數據集：

`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，我們需要加載鳶尾花數據集并進行預處理：`Gofunc loadIrisData(file string) (base.FixedDataGrid, error) {   rawData, err := base.ParseCSVToInstances(file, true)   if err != nil {      return nil, err   }   // 將類別轉換為數字   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   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)}

現在，我們可以開始構建神經網絡了。我們將創建一個含有3層的神經網絡，分別是輸入層、隱層和輸出層。輸入層有4個神經元，隱層有10個神經元，輸出層有3個神經元：

`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()

神經網絡構建好了，但是還沒有訓練數據。我們將使用75%的數據用于訓練，25%的數據用作測試：`GotrainData, testData := model_selection.TrainTestSplit(irisData, 0.75)

接下來，我們需要定義一個損失函數來衡量預測的準確程度。我們選擇交叉熵作為損失函數：

`Go

lossFunction := neural.NewCrossEntropyLoss()

定義完損失函數后，我們需要使用反向傳播算法來優化神經網絡的權重和偏置量。我們選擇使用隨機梯度下降算法來最小化損失：`Gotrainer := neural.NewVanillaSGD(0.01, 0.9)

現在，我們可以開始訓練神經網絡了。我們將訓練網絡50個epochs，每個epoch都會打印出當前的損失和準確度：

`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)

}

訓練完成后，我們可以進行預測了。假設我們有一個新的樣本，它的特征值為，我們可以把它輸入到神經網絡中進行預測：`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實現一個簡單的神經網絡來進行分類的過程。當然，這只是一個很簡單的例子，實際上神經網絡的訓練和調參是非常復雜的。但是，我相信這個例子可以幫助大家更好地理解Golang與機器學習的結合。

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