マッチ箱の脳 - マッチ箱で作るNN

neural-network-on-matchbox.cpp

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <memory>
#include <array>
#include <cmath>

// ニューロン（マッチ箱＋お菓子）
class Neuron
{
public:
    // ctor
    Neuron(int value = 10, int data = 0) : _value(value), _data(data) {}
    
    // 値段
    int data() const { return _data; }
    void data(int n) { _data = n; }
    
    // マッチ棒の数
    int value() const { return _value; }
    void value(int n) { _value = n; }
    
    // インクリメント・デクリメント
    void inc(int n = 1) { _value += n; }
    void dec(int n = 1) { _value -= n; }
    
    // 渡されたマッチ棒の数
    int input() const { return _input; }
    void input(int n) { _input = n; }
    
    // 渡されたマッチ棒の数＞箱の中のマッチ棒の数なら、興奮する
    int output() const { return (input() > value()) ? 1 : 0; }
    
private:
    int _value;
    int _input = 0;
    
    int _data = 0;
};

int main()
{
    // マッチ箱＋お菓子（の値段）
    std::array<std::shared_ptr<Neuron>, 3> list = {
        std::make_shared<Neuron>(1, 310),
        std::make_shared<Neuron>(3, 220),
        std::make_shared<Neuron>(8,  70)
    };
    
    // マッチ箱Ａ（答え）
    auto answer = std::make_shared<Neuron>(6);
    
    // 値段計算機（指定した値段以下に抑える）
    auto tester = std::make_shared<Neuron>(500);
    
    // 何回か繰り返す
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
    {
        // 世代
        std::cout << "generation: " << i << std::endl;
        
        // 現在のマッチ箱の情報を表示
        for (size_t j = 0; j < list.size(); ++j)
        {
            auto n = list[j];
            std::cout << "unit-" << j << ": " << n->value() << std::endl;
        }
        std::cout << "answer: " << answer->value() << std::endl;
        
        // 間違えた回数
        int ng = 0;
        
        // 問題を総当りで評価する
        for (int q = 0; q < std::pow(2, list.size()); ++q)
        {
            // 渡すマッチ棒の数と値段の合計を出す
            int signal = 0;
            int value = 0;
            for (size_t j = 0; j < list.size(); ++j)
            {
                if ((q & (1 << j)) == 0) continue;
                auto n = list[j];
                signal += n->value();
                value += n->data();
            }
            
            // マッチ棒を渡す
            answer->input(signal);
            
            // 値段が範囲内かどうか計算する
            tester->input(value);
            
            int voutput = tester->output();
            
            // 結果を表示
            std::cout << q << " - (" << std::setw(3) << value << " <= " << std::setw(3) << tester->value() << ")"
                << ", correct: " << voutput
                << ", answer: " << answer->output()
                << ", " << ((voutput == answer->output()) ? "ok" : "ng") << std::endl;
            
            // ペナルティ
            if (voutput == answer->output()) {
                // ok
                
            } else if ((voutput == 0) && (answer->output() != 0)) {
                // ng 1: 間違いタイプ1「正しい買い方だったのに、NGと判断してしまった」
                for (size_t j = 0; j < list.size(); ++j)
                {
                    if ((q & (1 << j)) == 0) continue;
                    list[j]->dec();
                }
                answer->inc();
                ng++;
                
            } else if ((voutput != 0) && (answer->output() == 0)) {
                // ng 2: 間違いタイプ2「間違った買い方だったのに、OKと判断してしまった」
                for (size_t j = 0; j < list.size(); ++j)
                {
                    if ((q & (1 << j)) == 0) continue;
                    list[j]->inc();
                }
                answer->dec();
                ng++;
            }
        }
        
        if (ng == 0) break;
    }
    
    return 0;
}