PHP实现elm
PHP实现ELM(极限学习机)
ELM(Extreme Learning Machine)是一种单隐层前馈神经网络算法,具有训练速度快、泛化性能好的特点。以下是PHP实现ELM的关键步骤和代码示例。
核心步骤
随机初始化权重和偏置 ELM的输入层到隐层的权重和偏置是随机生成的,通常使用均匀分布或正态分布。

function randomWeights($inputSize, $hiddenSize) {
$weights = [];
for ($i = 0; $i < $hiddenSize; $i++) {
$row = [];
for ($j = 0; $j < $inputSize; $j++) {
$row[] = (mt_rand() / mt_getrandmax()) * 2 - 1; // [-1, 1]均匀分布
}
$weights[] = $row;
}
return $weights;
}
function randomBiases($hiddenSize) {
$biases = [];
for ($i = 0; $i < $hiddenSize; $i++) {
$biases[] = (mt_rand() / mt_getrandmax()) * 2 - 1;
}
return $biases;
}
隐层激活函数计算 常用的激活函数包括sigmoid、ReLU等。以sigmoid为例:

function sigmoid($x) {
return 1.0 / (1.0 + exp(-$x));
}
function hiddenLayerOutput($input, $weights, $biases) {
$hiddenOutput = [];
for ($i = 0; $i < count($weights); $i++) {
$sum = 0;
for ($j = 0; $j < count($weights[$i]); $j++) {
$sum += $input[$j] * $weights[$i][$j];
}
$hiddenOutput[] = sigmoid($sum + $biases[$i]);
}
return $hiddenOutput;
}
输出权重计算
通过最小二乘法求解输出权重,需要矩阵运算支持。PHP可使用外部库如php-matrix:
require_once 'vendor/autoload.php';
use Matrix\Matrix;
function calculateOutputWeights($hiddenOutputs, $targets) {
$H = new Matrix($hiddenOutputs);
$T = new Matrix($targets);
$Ht = $H->transpose();
$HtH = $Ht->multiply($H);
$invHtH = $HtH->inverse();
$HtT = $Ht->multiply($T);
$beta = $invHtH->multiply($HtT);
return $beta->toArray();
}
完整示例
class ELM {
private $inputSize;
private $hiddenSize;
private $outputSize;
private $weights;
private $biases;
private $beta;
public function __construct($inputSize, $hiddenSize, $outputSize) {
$this->inputSize = $inputSize;
$this->hiddenSize = $hiddenSize;
$this->outputSize = $outputSize;
$this->weights = $this->randomWeights($inputSize, $hiddenSize);
$this->biases = $this->randomBiases($hiddenSize);
}
public function train($inputs, $targets) {
$hiddenOutputs = [];
foreach ($inputs as $input) {
$hiddenOutputs[] = $this->hiddenLayerOutput($input);
}
$this->beta = $this->calculateOutputWeights($hiddenOutputs, $targets);
}
public function predict($input) {
$hiddenOutput = $this->hiddenLayerOutput($input);
$output = [];
for ($i = 0; $i < $this->outputSize; $i++) {
$sum = 0;
for ($j = 0; $j < $this->hiddenSize; $j++) {
$sum += $hiddenOutput[$j] * $this->beta[$j][$i];
}
$output[] = $sum;
}
return $output;
}
}
注意事项
PHP原生缺乏高效的矩阵运算支持,对于大规模数据建议:
- 使用扩展如
php-matrix或php-ml - 考虑将核心计算部分用C扩展实现
- 对于生产环境,建议使用Python等更适合科学计算的语言实现ELM,PHP作为接口层调用
性能优化建议
- 批量处理输入数据减少函数调用开销
- 使用SVD分解代替直接矩阵求逆提高数值稳定性
- 对高维数据考虑使用随机傅里叶特征等近似方法






