tf.nn.rnn_cell.DropoutWrapper用法细节案例2

本文介绍了一种使用双向长短期记忆网络(Bidirectional LSTM)进行MNIST手写数字识别的方法。通过搭建多层双向LSTM模型,并采用dropout防止过拟合,实现了对手写数字的有效识别。实验在MNIST数据集上进行,展示了模型训练过程及最终的准确率。

-- coding: utf-8 --

import tensorflow as tf
from tensorflow.contrib import rnn

导入 MINST 数据集

from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data

mnist = input_data.read_data_sets("/data/", one_hot=True)

参数设置

learning_rate = 0.001
training_iters = 100000
batch_size = 128
display_step = 10

Network Parameters

n_input = 28 # MNIST data 输入 (img shape: 28*28)
n_steps = 28 # timesteps
n_hidden = 128 # hidden layer num of features
n_classes = 10 # MNIST 列别 (0-9 ,一共10类)

tf.reset_default_graph()

tf Graph input

x = tf.placeholder(“float”, [None, n_steps, n_input])
y = tf.placeholder(“float”, [None, n_classes])

x1 = tf.unstack(x, n_steps, 1)
lstm_fw_cell = rnn.BasicLSTMCell(n_hidden, forget_bias=1.0)
lstm_bw_cell = rnn.BasicLSTMCell(n_hidden, forget_bias=1.0)

outputs, _, _ = rnn.static_bidirectional_rnn(lstm_fw_cell, lstm_bw_cell, x1,

dtype=tf.float32)

outputs, _, _ = rnn.stack_bidirectional_rnn([lstm_fw_cell],[lstm_bw_cell], x1,

dtype=tf.float32)

stacked_rnn = []
stacked_bw_rnn = []
for i in range(3):
lstm_fw_cell = tf.nn.rnn_cell.BasicLSTMCell(n_hidden, forget_bias=1.0, state_is_tuple=True,
reuse=tf.get_variable_scope().reuse)
lstm_fw_cell = tf.nn.rnn_cell.DropoutWrapper(lstm_fw_cell, input_keep_prob=0.5, output_keep_prob=0.5, )
lstm_bw_cell = tf.nn.rnn_cell.BasicLSTMCell(n_hidden, forget_bias=1.0, reuse=tf.get_variable_scope().reuse
, state_is_tuple=True) # , state_is_tuple = True
lstm_bw_cell = tf.nn.rnn_cell.DropoutWrapper(lstm_bw_cell, input_keep_prob=0.5, output_keep_prob=0.5)
stacked_rnn.append(lstm_fw_cell)
stacked_bw_rnn.append(lstm_bw_cell)

outputs, _, _ = rnn.stack_bidirectional_rnn(stacked_rnn,stacked_bw_rnn, x1,

dtype=tf.float32)

‘’’
mcell=tf.nn.rnn_cell.MultiRNNCell(stacked_rnn)
mcell = tf.nn.rnn_cell.DropoutWrapper(mcell, output_keep_prob=0.5, input_keep_prob=1.0)
mcell_bw=tf.nn.rnn_cell.MultiRNNCell(stacked_bw_rnn)
mcell_bw = tf.nn.rnn_cell.DropoutWrapper(mcell_bw, output_keep_prob=0.5, input_keep_prob=1.0)
‘’’
#法一
mcell = tf.nn.rnn_cell.MultiRNNCell(stacked_rnn)
mcell_bw = tf.nn.rnn_cell.MultiRNNCell(stacked_bw_rnn)
inint_state = mcell.zero_state(batch_size, tf.float32)
inint_state2 = mcell_bw.zero_state(batch_size, tf.float32)

‘’’
#法二
def lstm_call():
cell = tf.nn.rnn_cell.LSTMCell(num_units=n_hidden, reuse=tf.get_variable_scope().reuse)
return tf.nn.rnn_cell.DropoutWrapper(cell, output_keep_prob=0.5)

mcell = tf.nn.rnn_cell.MultiRNNCell(cells=[lstm_call() for i in range(3)])
inint_state = mcell.zero_state(batch_size, tf.float32)
mcell_bw = tf.nn.rnn_cell.MultiRNNCell(cells=[lstm_call() for i in range(3)])
inint_state2 = mcell_bw.zero_state(batch_size, tf.float32)
‘’’
outputs, _, _ = rnn.stack_bidirectional_dynamic_rnn([mcell], [mcell_bw], x, initial_states_fw=[inint_state],
initial_states_bw=[inint_state2], dtype=tf.float32)#!!!注意四处[]
print(outputs[0].shape, outputs.shape)
outputs = tf.transpose(outputs, [1, 0, 2])
print(outputs[0].shape, outputs.shape)
pred = tf.contrib.layers.fully_connected(outputs[-1], n_classes, activation_fn=None)

Define loss and optimizer

cost = tf.reduce_mean(tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(logits=pred, labels=y))
optimizer = tf.train.AdamOptimizer(learning_rate=learning_rate).minimize(cost)

Evaluate model

correct_pred = tf.equal(tf.argmax(pred, 1), tf.argmax(y, 1))
accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_pred, tf.float32))

启动session

with tf.Session() as sess:
sess.run(tf.global_variables_initializer())
step = 1
# Keep training until reach max iterations
while step * batch_size < training_iters:
batch_x, batch_y = mnist.train.next_batch(batch_size)
# Reshape data to get 28 seq of 28 elements
batch_x = batch_x.reshape((batch_size, n_steps, n_input))
# Run optimization op (backprop)
sess.run(optimizer, feed_dict={x: batch_x, y: batch_y})
if step % display_step == 0:
# 计算批次数据的准确率
acc = sess.run(accuracy, feed_dict={x: batch_x, y: batch_y})
# Calculate batch loss
loss = sess.run(cost, feed_dict={x: batch_x, y: batch_y})
print("Iter " + str(step * batch_size) + “, Minibatch Loss= " +
“{:.6f}”.format(loss) + “, Training Accuracy= " +
“{:.5f}”.format(acc))
step += 1
print(” Finished!”)

# 计算准确率 for 128 mnist test images
test_len = 128
test_data = mnist.test.images[:test_len].reshape((-1, n_steps, n_input))
test_label = mnist.test.labels[:test_len]
print("Testing Accuracy:", \
      sess.run(accuracy, feed_dict={x: test_data, y: test_label}))
<think>嗯,用户想知道TensorFlow中BasicRNNCell的使用方法、示例和参数详解。首先,我需要回忆一下BasicRNNCell在TensorFlow里的作用。它应该是用来构建基本的RNN单元的,对吧?那参数的话,我记得num_units是必须的,表示隐藏层的神经元数量。可能还有activation参数,默认是tanh?然后还有一个叫做reuse的参数,用来控制变量重用,对吗? 接下来,用户可能需要示例代码。我应该先导入模块,比如从TensorFlow中导入nn模块下的rnn_cell。然后创建BasicRNNCell的实例,传入num_units。然后可能需要初始化状态,通常是零状态,使用zero_state方法,需要指定batch_size。然后结合static_rnn或者dynamic_rnn来展开时间步。比如输入数据是时间步的列表,每个元素的形状是[batch_size, input_size],然后cell处理每个时间步的输出。输出应该是每个时间步的输出和最终状态。 参数详解部分,num_units是关键,它决定了隐藏状态的维度。activation默认是tanh,但也可以换成ReLU或者其他。reuse参数在需要共享参数的时候使用,比如在构建多层RNN或者双向RNN时可能需要重用同一个cell的变量。 另外,用户可能需要注意TensorFlow版本的问题,因为在2.x版本中,很多函数移到了tf.keras.layers里,比如SimpleRNNCell。这时候可能需要用兼容模式或者切换成1.x的代码风格。不过用户提供的引用里提到的是tf.nn.rnn_cell.BasicRNNCell,所以应该是以1.x版本为例,但需要提醒用户版本差异。 应用场景方面,BasicRNNCell适合处理序列数据,比如时间序列预测、文本分类,不过由于梯度消失的问题,可能更复杂的单元如LSTM或GRU更常用。可能用户需要了解为什么选择BasicRNNCell以及它的局限性。 还要检查是否有相关的问题可以生成,比如如何堆叠多层RNN,如何处理变长序列,或者BasicRNNCell与LSTM的区别。这些能帮助用户进一步学习。 然后,根据用户提供的引用,比如引用2中的代码示例,可以整合到回答里,展示BasicRNNCell的实际使用,比如在定义RNN函数时创建cell,然后使用static_rnn展开。这样用户能看到完整的流程。同时,引用3提到双向RNN的结构,可能可以提到如何结合BasicRNNCell构建双向RNN,但用户的问题可能暂时不需要,不过可以作为相关问题之一。 最后,确保回答结构清晰,分点说明使用方法、参数、示例和注意事项。可能还需要对比tf.nn.static_rnntf.nn.dynamic_rnn的区别,但用户的问题主要关注BasicRNNCell本身,所以简要提及即可。</think>### TensorFlow中`tf.nn.rnn_cell.BasicRNNCell`使用详解 #### 1. **基本功能** `BasicRNNCell`是TensorFlow中实现基本循环神经网络(RNN)的单元类,用于处理序列数据。其核心公式为: $$ h_t = \text{activation}(W \cdot x_t + U \cdot h_{t-1} + b) $$ 其中$h_t$为当前时刻的隐藏状态,$x_t$为输入,$W$和$U$为权重矩阵,$b$为偏置项[^2]。 #### 2. **参数详解** - **`num_units`**(必需): 隐藏层神经元数量,决定输出维度$h_t \in \mathbb{R}^{\text{num\_units}}$。 - **`activation`**(可选,默认`tanh`): 激活函数,如`tf.tanh`或`tf.nn.relu`。 - **`reuse`**(可选,默认`None`): 控制变量重用,适用于共享参数的场景(如多GPU训练)[^4]。 #### 3. **使用方法示例 ```python import tensorflow as tf # 创建BasicRNNCell实例 cell = tf.nn.rnn_cell.BasicRNNCell(num_units=128, activation=tf.nn.relu) # 初始化初始状态(batch_size需根据输入数据指定) batch_size = 32 initial_state = cell.zero_state(batch_size, dtype=tf.float32) # 定义输入序列(假设输入序列长度为10,输入维度为64) inputs = [tf.placeholder(tf.float32, [batch_size, 64]) for _ in range(10)] # 展开RNN计算 outputs, final_state = tf.nn.static_rnn(cell, inputs, initial_state=initial_state) ``` #### 4. **关键方法说明** - **`zero_state(batch_size, dtype)`**:生成全零初始状态张量。 - **`call(inputs, state)`**:单步计算,输入形状为`[batch_size, input_dim]`,返回`(output, new_state)`。 #### 5. **应用场景与限制** - **适用场景**:短序列分类(如文本情感分析)、时间序列预测(需配合`tf.nn.dynamic_rnn`处理变长序列)。 - **局限性**:因梯度消失问题,长序列任务建议使用`LSTMCell`或`GRUCell`[^3]。 #### 6. **版本兼容性** - **TensorFlow 1.x**:直接使用`tf.nn.rnn_cell.BasicRNNCell` - **TensorFlow 2.x**:需通过`tf.compat.v1.nn.rnn_cell.BasicRNNCell`调用,或改用`tf.keras.layers.SimpleRNNCell`。
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