Randomize and Mutate
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45b9b21e87
commit
5c195a7b19
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@ -2,3 +2,4 @@
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*.txt
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*.txt
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*.cpp
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*.cpp
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!main.cpp
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!main.cpp
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!Genetic.cpp
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@ -0,0 +1,478 @@
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#include <iostream>
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#include <time.h>
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#define RandomRange 1
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#define InitialSynapseValue 1.0
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#define MutationRate 0.0001
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class Synapse;
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class Neuron;
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class Layer;
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class Input;
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class Output;
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class NeuralNetwork;
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float RandomFloat(int min, int max)
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{
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float result;
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int value;
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static unsigned long int counter = time(0);
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srand(time(0) * counter++);
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value = ((rand() * counter) % ((max - min) * 100000));
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result = (float)value / 100000.0 + (float)min;
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return result;
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}
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#pragma region Synapse
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class Synapse
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{
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private:
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float weight;
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float value;
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float bias;
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public:
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Synapse();
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void SetValue(float);
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void SetWeight(float);
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void SetBias(float);
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float Fire();
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};
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Synapse::Synapse()
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{
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this -> value = this -> weight = this -> bias = InitialSynapseValue;
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}
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void Synapse::SetValue(float value)
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{
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this -> value = value;
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}
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void Synapse::SetWeight(float weight)
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|
{
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|
this -> weight = weight;
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}
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void Synapse::SetBias(float bias)
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|
{
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|
this -> bias = bias;
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}
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float Synapse::Fire()
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{
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float result = 0.0;
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result = this -> value * this -> weight + this -> bias;
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return result;
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}
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#pragma endregion
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#pragma region Neuron
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|
class Neuron
|
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|
{
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|
private:
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||||||
|
Synapse *incomings;
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||||||
|
Synapse *forwards;
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|
int incomingsSize;
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int forwardsSize;
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|
int layerSize;
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public:
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Neuron();
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void ConnectIncomings(Synapse *, int);
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void ConnectForwards(Synapse *, int, int);
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void SetValue(float);
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float GetValue();
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};
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Neuron::Neuron()
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{
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incomings = forwards = NULL;
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|
incomingsSize = forwardsSize = layerSize = 0;
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}
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void Neuron::SetValue(float value)
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{
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for (int i = 0; i < forwardsSize; i++)
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|
(forwards + i) -> SetValue(value);
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}
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void Neuron::ConnectIncomings(Synapse *incomings, int incomingsSize)
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{
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this -> incomings = incomings;
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|
this -> incomingsSize = incomingsSize;
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}
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void Neuron::ConnectForwards(Synapse *forwards, int forwardsSize, int layerSize)
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|
{
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|
this -> forwards = forwards;
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|
this -> forwardsSize = forwardsSize;
|
||||||
|
this -> layerSize = layerSize;
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|
}
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float Neuron::GetValue()
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|
{
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|
float result = 0.0;
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||||||
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||||||
|
if(!incomings) return result;
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|
for (int i = 0; i < incomingsSize; i++)
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result += (incomings + i) -> Fire();
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if(!forwards) return result;
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for (int i = 0; i < forwardsSize; i++)
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|
(forwards + i * layerSize) -> SetValue(result);
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|
return result;
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|
}
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#pragma endregion
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#pragma region Layer
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|
class Layer
|
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{
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|
protected:
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Neuron *neurons;
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|
Synapse *synapses;
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int neuronSize;
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|
int synapseSize;
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|
Neuron *_CreateNeurons(int);
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public:
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Layer();
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|
Layer(int);
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|
~Layer();
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|
void FireLayer();
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void Mutate();
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void RandomizeValues();
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bool CreateNeurons(int);
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bool ConnectPrevious(Layer *);
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|
bool ConnectForwards(Layer *);
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int GetSize();
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};
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Layer::Layer()
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{
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neuronSize = synapseSize = 0;
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|
neurons = NULL;
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|
synapses = NULL;
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}
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Layer::Layer(int size)
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|
{
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neuronSize = synapseSize = 0;
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|
synapses = NULL;
|
||||||
|
neurons = _CreateNeurons(size);
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|
}
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|
Layer::~Layer()
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{
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|
if(neurons) delete neurons;
|
||||||
|
if(synapses) delete synapses;
|
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|
}
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Neuron *Layer::_CreateNeurons(int size)
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{
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Neuron *newNeurons = NULL;
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newNeurons = (Neuron *) new char[sizeof(Neuron) * size];
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if(newNeurons)
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|
for (int i = 0; i < size; i++)
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*(newNeurons + i) = Neuron();
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return newNeurons;
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}
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void Layer::FireLayer()
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{
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|
for (int i = 0; i < neuronSize; i++)
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|
(neurons + i) -> GetValue();
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}
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void Layer::RandomizeValues()
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{
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float bias;
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float weight;
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|
for (int i = 0; i < synapseSize; i++)
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{
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bias = RandomFloat(-RandomRange, RandomRange);
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|
weight = RandomFloat(-RandomRange, RandomRange);
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|
(synapses + i) -> SetBias(bias);
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|
(synapses + i) -> SetWeight(weight);
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}
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}
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void Layer::Mutate()
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{
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float bias = 0.0;
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|
float weight = 0.0;
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|
float mutationValue = 0.0;
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|
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|
for (int i = 0; i < synapseSize; i++)
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{
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mutationValue = RandomFloat(0, 1);
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|
if(mutationValue <= MutationRate)
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{
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bias = RandomFloat(-RandomRange, RandomRange);
|
||||||
|
weight = RandomFloat(-RandomRange, RandomRange);
|
||||||
|
(synapses + i) -> SetBias(bias);
|
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|
(synapses + i) -> SetWeight(weight);
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|
}
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}
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}
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bool Layer::CreateNeurons(int size)
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|
{
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if(neurons = _CreateNeurons(size))
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|
neuronSize = size;
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return neurons;
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}
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bool Layer::ConnectPrevious(Layer *previous)
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{
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int previousSize = previous -> GetSize();
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int synapseCount = (this -> neuronSize) * previousSize;
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int currentIndex = 0;
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|
Synapse *currentSynapse = NULL;
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|
Neuron *currentNeuron = NULL;
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|
if(synapses) delete synapses;
|
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|
synapses = (Synapse *) new char[sizeof(Synapse) * synapseCount];
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|
if(!synapses) return false;
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|
for (int thisNeuron = 0; thisNeuron < this -> neuronSize; thisNeuron++)
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{
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|
for (int prevNeuron = 0; prevNeuron < previousSize; prevNeuron++)
|
||||||
|
{
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||||||
|
currentIndex = thisNeuron * previousSize + prevNeuron;
|
||||||
|
currentSynapse = (synapses + currentIndex);
|
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|
currentNeuron = (previous -> neurons) + prevNeuron;
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|
*currentSynapse = Synapse();
|
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|
}
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|
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|
currentNeuron = (neurons + thisNeuron);
|
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|
currentNeuron -> ConnectIncomings((synapses + thisNeuron * previousSize), previousSize);
|
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|
}
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|
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|
synapseSize = synapseCount;
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|
return previous -> ConnectForwards(this);
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|
}
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|
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|
bool Layer::ConnectForwards(Layer *forwards)
|
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|
{
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|
int forwardsSize = forwards -> neuronSize;
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|
Neuron *currentNeuron = NULL;
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|
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||||||
|
for (int thisNeuron = 0; thisNeuron < this -> neuronSize; thisNeuron++)
|
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|
{
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|
currentNeuron = (neurons + thisNeuron);
|
||||||
|
for (int forwardNeuron = 0; forwardNeuron < forwardsSize; forwardNeuron++)
|
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|
currentNeuron -> ConnectForwards(forwards -> synapses + thisNeuron, forwardsSize, this -> neuronSize);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return true;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
int Layer::GetSize()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return neuronSize;
|
||||||
|
}
|
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|
#pragma region Input-Output
|
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|
class Input : public Layer
|
||||||
|
{
|
||||||
|
public:
|
||||||
|
Input();
|
||||||
|
void SetValue(int, float);
|
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|
};
|
||||||
|
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||||||
|
Input::Input() : Layer() {}
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||||||
|
void Input::SetValue(int index, float value)
|
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|
{
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||||||
|
if(index >= this -> neuronSize || index < 0)
|
||||||
|
return;
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|
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||||||
|
(neurons + index) -> SetValue(value);
|
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|
}
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||||||
|
|
||||||
|
class Output : public Layer
|
||||||
|
{
|
||||||
|
public:
|
||||||
|
Output();
|
||||||
|
float GetValue(int);
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
Output::Output() : Layer() {}
|
||||||
|
float Output::GetValue(int index)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
float result = 0.0;
|
||||||
|
|
||||||
|
if(index >= this -> neuronSize || index < 0)
|
||||||
|
return result;
|
||||||
|
|
||||||
|
result = (neurons + index) -> GetValue();
|
||||||
|
return result;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
#pragma endregion
|
||||||
|
#pragma endregion
|
||||||
|
#pragma region NeuralNetwork
|
||||||
|
class NeuralNetwork
|
||||||
|
{
|
||||||
|
private:
|
||||||
|
Input *input;
|
||||||
|
Layer *hidden;
|
||||||
|
Output *output;
|
||||||
|
int hiddenSize;
|
||||||
|
public:
|
||||||
|
NeuralNetwork();
|
||||||
|
NeuralNetwork(int);
|
||||||
|
~NeuralNetwork();
|
||||||
|
void FireNetwork();
|
||||||
|
void RandomizeValues();
|
||||||
|
void MutateNetwork();
|
||||||
|
bool SetInputNeurons(int);
|
||||||
|
bool SetHiddenNeurons(int, int);
|
||||||
|
bool SetOutputNeurons(int);
|
||||||
|
bool ConnectLayers();
|
||||||
|
float GetOutput(int);
|
||||||
|
void SetInput(int, float);
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
NeuralNetwork::NeuralNetwork()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
hiddenSize = 0;
|
||||||
|
input = NULL;
|
||||||
|
hidden = NULL;
|
||||||
|
output = NULL;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
NeuralNetwork::NeuralNetwork(int hiddenSize)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
this -> hiddenSize = hiddenSize;
|
||||||
|
input = new Input();
|
||||||
|
hidden = new Layer(hiddenSize);
|
||||||
|
output = new Output();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
NeuralNetwork::~NeuralNetwork()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
if(input) delete input;
|
||||||
|
if(hidden) delete hidden;
|
||||||
|
if(output) delete output;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void NeuralNetwork::FireNetwork()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
for (int i = 0; i < hiddenSize; i++)
|
||||||
|
(hidden + i) -> FireLayer();
|
||||||
|
|
||||||
|
output -> FireLayer();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
void NeuralNetwork::MutateNetwork()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
input -> Mutate();
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < hiddenSize; i++)
|
||||||
|
(hidden + i) -> Mutate();
|
||||||
|
|
||||||
|
output -> Mutate();
|
||||||
|
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void NeuralNetwork::RandomizeValues()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
input -> RandomizeValues();
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < hiddenSize; i++)
|
||||||
|
(hidden + i) -> RandomizeValues();
|
||||||
|
|
||||||
|
output -> RandomizeValues();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
bool NeuralNetwork::SetInputNeurons(int size)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return input -> CreateNeurons(size);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
bool NeuralNetwork::SetHiddenNeurons(int index, int size)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return (hidden + index) -> CreateNeurons(size);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
bool NeuralNetwork::SetOutputNeurons(int size)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return output -> CreateNeurons(size);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
bool NeuralNetwork::ConnectLayers()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
if(!hidden -> ConnectPrevious(input))
|
||||||
|
return false;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 1; i < hiddenSize; i++)
|
||||||
|
if(!(hidden + i) -> ConnectPrevious((hidden + i - 1)))
|
||||||
|
return false;
|
||||||
|
|
||||||
|
if(output -> ConnectPrevious((hidden + hiddenSize - 1)))
|
||||||
|
return false;
|
||||||
|
|
||||||
|
return true;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
float NeuralNetwork::GetOutput(int index)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return output -> GetValue(index);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void NeuralNetwork::SetInput(int index, float value)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
input -> SetValue(index, value);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
#pragma endregion
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
int main(int argc, char const *argv[])
|
||||||
|
{
|
||||||
|
NeuralNetwork network(3);
|
||||||
|
|
||||||
|
#pragma region Initialization
|
||||||
|
network.SetInputNeurons(1);
|
||||||
|
network.SetHiddenNeurons(0, 2);
|
||||||
|
network.SetHiddenNeurons(1, 3);
|
||||||
|
network.SetHiddenNeurons(2, 2);
|
||||||
|
network.SetOutputNeurons(1);
|
||||||
|
|
||||||
|
network.ConnectLayers();
|
||||||
|
#pragma endregion
|
||||||
|
|
||||||
|
#pragma region Fixed Bias&Weight
|
||||||
|
network.SetInput(0, 1);
|
||||||
|
network.FireNetwork();
|
||||||
|
std::cout << "Result = " << network.GetOutput(0) << "\n";
|
||||||
|
|
||||||
|
network.SetInput(0, 2);
|
||||||
|
network.FireNetwork();
|
||||||
|
std::cout << "Result = " << network.GetOutput(0) << "\n";
|
||||||
|
|
||||||
|
network.SetInput(0, 3);
|
||||||
|
network.FireNetwork();
|
||||||
|
std::cout << "Result = " << network.GetOutput(0) << "\n";
|
||||||
|
#pragma endregion
|
||||||
|
|
||||||
|
#pragma region Randomized Bias&Weight
|
||||||
|
network.RandomizeValues();
|
||||||
|
std::cout << "Randomize Called!" << "\n";
|
||||||
|
network.FireNetwork();
|
||||||
|
std::cout << "Result = " << network.GetOutput(0) << "\n";
|
||||||
|
|
||||||
|
network.MutateNetwork();
|
||||||
|
std::cout << "Mutate Called!" << "\n";
|
||||||
|
network.FireNetwork();
|
||||||
|
std::cout << "Result = " << network.GetOutput(0) << "\n";
|
||||||
|
|
||||||
|
network.MutateNetwork();
|
||||||
|
std::cout << "Mutate Called!" << "\n";
|
||||||
|
network.FireNetwork();
|
||||||
|
std::cout << "Result = " << network.GetOutput(0) << "\n";
|
||||||
|
#pragma endregion
|
||||||
|
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