LSTM理解

from  博客

  在rnn中存在梯度消失和梯度爆炸的问题。

          梯度爆炸解决办法: 上图

          梯度爆炸解决办法:引入lstm


一、LSTM(Long-Short Term memory)的结构

                    

二、计算值说明

            ft:forget gate

            it: input gate

            Ct^:input

            Ct::向下一个cell state传递 cell state

            Ot:out put,如果是单层lstm,就是输出;如果是多层lstm,就是向上一层传递

            ht:向下一个cell state传递        








三、多层加Dropout

            同层向后传递 ht和ct

            不同层向上传递ht


            



### CNN-LSTM 架构详解 #### 1. 结合卷积神经网络 (CNN) 和长短期记忆网络 (LSTM) CNN-LSTM 是一种混合模型,它结合了两种强大的深度学习技术来处理复杂的数据模式。一方面,CNN 能够有效地提取局部特征;另一方面,LSTM 可以捕捉长时间依赖关系。 - **CNN 的作用**:在一维时间序列上滑动窗口操作可以自动识别出不同尺度下的时空关联特性[^3]。 - **LSTM 的功能**:对于经过 CNN 提取后的特征图谱,LSTM 层能够进一步分析这些特征随时间变化的趋势并做出预测。 ```python import torch.nn as nn class CNNTimeseriesModel(nn.Module): def __init__(self, input_size=10, hidden_dim=50, num_layers=2, output_size=1): super(CNNTimeseriesModel, self).__init__() # 定义一维卷积层 self.conv1d = nn.Conv1d(in_channels=input_size, out_channels=hidden_dim, kernel_size=3) # LSTM 层定义 self.lstm = nn.LSTM(input_size=hidden_dim, hidden_size=hidden_dim, num_layers=num_layers, batch_first=True) # 输出全连接层 self.fc_out = nn.Linear(hidden_dim, output_size) def forward(self, x): conv_output = self.conv1d(x.permute(0, 2, 1)) lstm_input = conv_output.permute(0, 2, 1).contiguous() lstm_output, _ = self.lstm(lstm_input) prediction = self.fc_out(lstm_output[:, -1, :]) return prediction ``` #### 2. 应用场景举例 这种组合特别适用于那些既存在短周期波动又具有长期趋势的时间序列数据分析任务中。比如金融市场的股票价格走势预测就是一个典型例子,在这里不仅需要关注每日涨跌情况(即短期内的变化),还需要考虑宏观经济环境对公司业绩的影响因素所带来的更长远影响。 另一个实际案例是在物联网设备监控领域内,通过对传感器采集到的各种物理量如温度、湿度等进行建模,从而提前预警可能出现的问题或故障状态。
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