LSTM代码实现

单项LSTM

重要的输入参数

  1. input_size: 每一个时步(time_step)输入到lstm单元的维度.(实际输入的数据size为[batch_size,
    input_size])

  2. hidden_size:
    确定了隐含状态hidden_state的维度. 可以简单的看成: 构造了一个权重矩阵,隐含状态

  3. num_layers:
    叠加的层数。如图所示num_layers为2

在这里插入图片描述

  1. dropout:默认为0,范围0-1

  2. batch_first: 输入数据的size为[batch_size,
    time_step, input_size]

重要的输出参数

在这里插入图片描述

  1. output: 如果num_layer为3,则output只记录最后一层(即,第三层)的输出
    l 对应图中向上的各个time_step的,也即output
    l 其size根据batch_first而不同,可能是[batch_size,
    time_step, hidden_size]

  2. h_n: 各个层的最后一个时步的隐含状态h.
    l size为[num_layers,batch_size,
    hidden_size]

  3. c_n: 各个层的最后一个时步的隐含状态C
    l c_n可以看成另一个隐含状态,size和h_n相同

在这里插入图片描述

其中对于每个时间点原始输入维度为10。

代码如下:

在这里插入图片描述

注意:这个实例与前面讲述中,由于参数’batch_first’的不同,排列为[序列长度,batch_size,输入维度]。

双向LSTM

输入:其余均与单项相同,仅需将参数bidirectional改为True。举例
在这里插入图片描述

### LSTM网络的实现 以下是使用TensorFlow/Keras和PyTorch两种主流深度学习框架来实现LSTM网络的具体方法。 #### 使用TensorFlow/Keras实现LSTM 由于Keras已被集成到TensorFlow中,因此可以通过`tf.keras.layers.LSTM`轻松构建LSTM模型[^1]。下面是一个简单的例子: ```python import tensorflow as tf from tensorflow.keras.models import Sequential from tensorflow.keras.layers import LSTM, Dense # 构建LSTM模型 model = Sequential([ LSTM(50, activation='relu', input_shape=(None, 1)), # 输入形状 (时间步数, 特征数量) Dense(1) # 输出层 ]) # 编译模型 model.compile(optimizer='adam', loss='mse') # 打印模型结构 model.summary() ``` 上述代码定义了一个具有单隐藏层的LSTM网络,其中包含50个单元,并通过全连接层输出预测值。输入数据应为三维张量 `(样本数, 时间步数, 特征数)`[^4]。 #### 使用PyTorch实现LSTM PyTorch提供了一种更为灵活的方式来构建LSTM网络。以下是一个基本示例: ```python import torch import torch.nn as nn class LSTMModel(nn.Module): def __init__(self, input_size=1, hidden_layer_size=100, output_size=1): super().__init__() self.hidden_layer_size = hidden_layer_size self.lstm = nn.LSTM(input_size, hidden_layer_size) self.linear = nn.Linear(hidden_layer_size, output_size) def forward(self, input_seq): lstm_out, _ = self.lstm(input_seq.view(len(input_seq), 1, -1)) predictions = self.linear(lstm_out.view(len(input_seq), -1)) return predictions[-1] # 初始化模型并设置设备 device = 'cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu' model = LSTMModel().to(device) # 测试前向传播 input_seq = torch.randn((10, 1)).to(device) # 假设序列长度为10 output = model(input_seq) print(output) ``` 此代码片段展示了如何自定义一个带有LSTM层的神经网络类 `LSTMModel`,并通过调用 `.forward()` 方法完成前向传播过程[^3]。 --- ### 总结 无论是使用TensorFlow/Keras还是PyTorch,都可以方便地实现LSTM网络。前者更适合快速原型设计,而后者则提供了更大的灵活性以满足复杂的定制需求。
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