XOR（排他的論理和）は、1つのニューロンでは解けないが、隠れ層を1つ持つネットワークなら解ける古典的な問題です。入力2つ、隠れニューロン2つ、出力1つで、すべて sigmoid（σ(z) = 1 / (1 + e^(-z))）のネットワークを、損失 L = (y - target)² で学習させてください。
学習データは、どのエポックでも常にこの順番で使います。
| 入力 | target |
|---|---|
| [0, 0] | 0 |
| [0, 1] | 1 |
| [1, 0] | 1 |
| [1, 1] | 0 |
各例について：
- 順伝播：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)
- delta_out = 2 × (y - target) × y × (1 - y)、delta_j = delta_out × output_weights[j] × a_j × (1 - a_j)。この例での更新前の重みを使います
- 学習率 lr ですべてのパラメータを更新：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
train_xor(hidden_weights, hidden_biases, output_weights, output_bias, learning_rate, epochs) を実装してください。
出力
学習後、入力 [0, 0]、[0, 1]、[1, 0]、[1, 1] に対するネットワークの予測 y を、この順番で返してください。
制約
0 ≤ epochs ≤ 5,000
0 < learning_rate ≤ 5
-2 ≤ 初期の各重みとバイアス ≤ 2
例
入力：
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]
期待される出力：
[0.482451, 0.436972, 0.494378, 0.452729]解説
0 エポックでは何も学習しないので、結果は初期の重みでの順伝播そのもので、約 [0.482, 0.437, 0.494, 0.453] です。学習前のネットワークはどの入力にもほぼ同じ答えを返します。
入力：
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]
期待される出力：
[0.015727, 0.982119, 0.985515, 0.013682]解説
2,000 エポック後の予測は約 [0.016, 0.982, 0.986, 0.014] です。[0, 0] と [1, 1] では低く、[0, 1] と [1, 0] では高くなっています。ネットワークは XOR を学習しました。
参考資料
-
例 1 未実行入力：
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]期待される出力：[0.482451, 0.436972, 0.494378, 0.452729]あなたの出力 -
例 2 未実行入力：
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]期待される出力：[0.015727, 0.982119, 0.985515, 0.013682]あなたの出力
提出時に非公開テスト4件も実行されます。
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💡 C# の基本と、上で試せるサンプル
1. 変数と定数の宣言
C# では強い型付けの変数宣言を使います。コンパイル時の定数には const、実行時に決まる定数には readonly を使います。
int age = 30;
double pi = 3.14159;
char grade = 'A';
string name = "Alice";
bool isActive = true;
// 定数
const int MaxUsers = 100;
const string Company = "CodeUtility";2. 条件分岐 (if / switch)
制御フローには if、else if、switch を使います。
int x = 2;
if (x == 1)
{
Console.WriteLine("1");
}
else if (x == 2)
{
Console.WriteLine("2");
}
else
{
Console.WriteLine("その他");
}
switch (x)
{
case 1:
Console.WriteLine("1");
break;
case 2:
Console.WriteLine("2");
break;
default:
Console.WriteLine("その他");
break;
}3. ループ
C# は for、while、foreach ループをサポートします。
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
Console.WriteLine(i);
}
int n = 3;
while (n > 0)
{
Console.WriteLine(n);
n--;
}4. 配列
配列は同じ型の要素を固定長で格納します。
int[] numbers = { 10, 20, 30 };
Console.WriteLine(numbers[1]);5. リストの操作
動的なコレクションには List<T> を使います。
List<int> nums = new List<int> { 1, 2, 3 };
nums.Add(4);
nums.Remove(2);
foreach (int n in nums)
{
Console.Write(n + " ");
}6. コンソール入出力
基本的な入出力には Console.WriteLine と Console.ReadLine を使用します。
Console.Write("あなたの名前を入力してください: ");
string name = Console.ReadLine();
Console.WriteLine($"こんにちは、{name}！");7. 関数
戻り値の型、名前、引数を指定してメソッドを定義します。
int Add(int a, int b)
{
return a + b;
}
Console.WriteLine(Add(3, 4));8. ディクショナリ
Dictionary<TKey, TValue> はキーと値のペアを保持します。
Dictionary<string, int> ages = new Dictionary<string, int>();
ages["Alice"] = 30;
Console.WriteLine(ages["Alice"]);9. 例外処理
実行時エラーは try、catch、finally で扱います。
try
{
throw new Exception("問題が発生しました");
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine(ex.Message);
}10. ファイル I/O
ファイル操作には File と StreamReader/StreamWriter を使います。
File.WriteAllText("file.txt", "Hello File");
string text = File.ReadAllText("file.txt");
Console.WriteLine(text);11. 文字列操作
C# の文字列は Length、Substring、Contains などのメソッドを利用できます。
string message = "Hello World";
Console.WriteLine(message.Length);
Console.WriteLine(message.Substring(0, 5));
Console.WriteLine(message.Contains("World"));12. クラスとオブジェクト
C# はクラスとオブジェクトによるオブジェクト指向をサポートします。
class Person
{
public string Name;
public Person(string name) => Name = name;
public void Greet() => Console.WriteLine($"こんにちは、{Name}です");
}
Person p = new Person("Alice");
p.Greet();