如何用PyTorch实现递归神经网络
2024-05-16 21:34
1. 如何用PyTorch实现递归神经网络
从 Siri 到谷歌翻译，深度神经网络已经在机器理解自然语言方面取得了巨大突破。这些模型大多数将语言视为单调的单词或字符序列，并使用一种称为循环神经网络（recurrent neural network/RNN）的模型来处理该序列。但是许多语言学家认为语言最好被理解为具有树形结构的层次化词组，一种被称为递归神经网络（recursive neural network）的深度学习模型考虑到了这种结构，这方面已经有大量的研究。虽然这些模型非常难以实现且效率很低，但是一个全新的深度学习框架 PyTorch 能使它们和其它复杂的自然语言处理模型变得更加容易。
虽然递归神经网络很好地显示了 PyTorch 的灵活性，但它也广泛支持其它的各种深度学习框架，特别的是，它能够对计算机视觉（computer vision）计算提供强大的支撑。PyTorch 是 Facebook AI Research 和其它几个实验室的开发人员的成果，该框架结合了 Torch7 高效灵活的 GPU 加速后端库与直观的 Python 前端，它的特点是快速成形、代码可读和支持最广泛的深度学习模型。
开始 SPINN
链接中的文章（https://github.com/jekbradbury/examples/tree/spinn/snli）详细介绍了一个递归神经网络的 PyTorch 实现，它具有一个循环跟踪器（recurrent tracker）和 TreeLSTM 节点，也称为 SPINN——SPINN 是深度学习模型用于自然语言处理的一个例子，它很难通过许多流行的框架构建。这里的模型实现部分运用了批处理（batch），所以它可以利用 GPU 加速，使得运行速度明显快于不使用批处理的版本。
SPINN 的意思是堆栈增强的解析器-解释器神经网络（Stack-augmented Parser-Interpreter Neural Network），由 Bowman 等人于 2016 年作为解决自然语言推理任务的一种方法引入，该论文中使用了斯坦福大学的 SNLI 数据集。
该任务是将语句对分为三类：假设语句 1 是一幅看不见的图像的准确标题，那么语句 2（a）肯定（b）可能还是（c）绝对不是一个准确的标题？（这些类分别被称为蕴含（entailment）、中立（neutral）和矛盾（contradiction））。例如，假设一句话是「两只狗正跑过一片场地」，蕴含可能会使这个语句对变成「户外的动物」，中立可能会使这个语句对变成「一些小狗正在跑并试图抓住一根棍子」，矛盾能会使这个语句对变成「宠物正坐在沙发上」。
特别地，研究 SPINN 的初始目标是在确定语句的关系之前将每个句子编码（encoding）成固定长度的向量表示（也有其它方式，例如注意模型（attention model）中将每个句子的每个部分用一种柔焦（soft focus）的方法相互比较）。
数据集是用句法解析树（syntactic parse tree）方法由机器生成的，句法解析树将每个句子中的单词分组成具有独立意义的短语和子句，每个短语由两个词或子短语组成。许多语言学家认为，人类通过如上面所说的树的分层方式来组合词意并理解语言，所以用相同的方式尝试构建一个神经网络是值得的。下面的例子是数据集中的一个句子，其解析树由嵌套括号表示：
( ( The church ) ( ( has ( cracks ( in ( the ceiling ) ) ) ) . ) )
这个句子进行编码的一种方式是使用含有解析树的神经网络构建一个神经网络层 Reduce，这个神经网络层能够组合词语对（用词嵌入（word embedding）表示，如 GloVe）、 和/或短语，然后递归地应用此层（函数），将最后一个 Reduce 产生的结果作为句子的编码：
X = Reduce(“the”, “ceiling”)
Y = Reduce(“in”, X)
... etc.
但是，如果我希望网络以更类似人类的方式工作，从左到右阅读并保留句子的语境，同时仍然使用解析树组合短语？或者，如果我想训练一个网络来构建自己的解析树，让解析树根据它看到的单词读取句子？这是一个同样的但方式略有不同的解析树的写法：
The church ) has cracks in the ceiling ) ) ) ) . ) )
或者用第 3 种方式表示，如下：
WORDS: The church has cracks in the ceiling .
PARSES: S S R S S S S S R R R R S R R
我所做的只是删除开括号，然后用「S」标记「shift」，并用「R」替换闭括号用于「reduce」。但是现在可以从左到右读取信息作为一组指令来操作一个堆栈（stack）和一个类似堆栈的缓冲区（buffer），能得到与上述递归方法完全相同的结果：
1. 将单词放入缓冲区。
2. 从缓冲区的前部弹出「The」，将其推送（push）到堆栈上层，紧接着是「church」。
3. 弹出前 2 个堆栈值，应用于 Reduce，然后将结果推送回堆栈。
4. 从缓冲区弹出「has」，然后推送到堆栈，然后是「cracks」，然后是「in」，然后是「the」，然后是「ceiling」。
5. 重复四次：弹出 2 个堆栈值，应用于 Reduce，然后推送结果。
6. 从缓冲区弹出「.」，然后推送到堆栈上层。
7. 重复两次：弹出 2 个堆栈值，应用于 Reduce，然后推送结果。
8. 弹出剩余的堆栈值，并将其作为句子编码返回。
我还想保留句子的语境，以便在对句子的后半部分应用 Reduce 层时考虑系统已经读取的句子部分的信息。所以我将用一个三参数函数替换双参数的 Reduce 函数，该函数的输入值为一个左子句、一个右子句和当前句的上下文状态。该状态由神经网络的第二层（称为循环跟踪器（Tracker）的单元）创建。Tracker 在给定当前句子上下文状态、缓冲区中的顶部条目 b 和堆栈中前两个条目 s1\s2 时，在堆栈操作的每个步骤（即，读取每个单词或闭括号）后生成一个新状态：
context[t+1] = Tracker(context[t], b, s1, s2)
容易设想用你最喜欢的编程语言来编写代码做这些事情。对于要处理的每个句子，它将从缓冲区加载下一个单词，运行跟踪器，检查是否将单词推送入堆栈或执行 Reduce 函数，执行该操作；然后重复，直到对整个句子完成处理。通过对单个句子的应用，该过程构成了一个大而复杂的深度神经网络，通过堆栈操作的方式一遍又一遍地应用它的两个可训练层。但是，如果你熟悉 TensorFlow 或 Theano 等传统的深度学习框架，就知道它们很难实现这样的动态过程。你值得花点时间回顾一下，探索为什么 PyTorch 能有所不同。
图论
图 1：一个函数的图结构表示
深度神经网络本质上是有大量参数的复杂函数。深度学习的目的是通过计算以损失函数（loss）度量的偏导数（梯度）来优化这些参数。如果函数表示为计算图结构（图 1），则向后遍历该图可实现这些梯度的计算，而无需冗余工作。每个现代深度学习框架都是基于此反向传播（backpropagation）的概念，因此每个框架都需要一个表示计算图的方式。
在许多流行的框架中，包括 TensorFlow、Theano 和 Keras 以及 Torch7 的 nngraph 库，计算图是一个提前构建的静态对象。该图是用像数学表达式的代码定义的，但其变量实际上是尚未保存任何数值的占位符（placeholder）。图中的占位符变量被编译进函数，然后可以在训练集的批处理上重复运行该函数来产生输出和梯度值。
这种静态计算图（static computation graph）方法对于固定结构的卷积神经网络效果很好。但是在许多其它应用中，有用的做法是令神经网络的图结构根据数据而有所不同。在自然语言处理中，研究人员通常希望通过每个时间步骤中输入的单词来展开（确定）循环神经网络。上述 SPINN 模型中的堆栈操作很大程度上依赖于控制流程（如 for 和 if 语句）来定义特定句子的计算图结构。在更复杂的情况下，你可能需要构建结构依赖于模型自身的子网络输出的模型。
这些想法中的一些（虽然不是全部）可以被生搬硬套到静态图系统中，但几乎总是以降低透明度和增加代码的困惑度为代价。该框架必须在其计算图中添加特殊的节点，这些节点代表如循环和条件的编程原语（programming primitive），而用户必须学习和使用这些节点，而不仅仅是编程代码语言中的 for 和 if 语句。这是因为程序员使用的任何控制流程语句将仅运行一次，当构建图时程序员需要硬编码（hard coding）单个计算路径。
例如，通过词向量（从初始状态 h0 开始）运行循环神经网络单元（rnn_unit）需要 TensorFlow 中的特殊控制流节点 tf.while_loop。需要一个额外的特殊节点来获取运行时的词长度，因为在运行代码时它只是一个占位符。
# TensorFlow
# (this code runs once, during model initialization)
# “words” is not a real list (it’s a placeholder variable) so
# I can’t use “len”
cond = lambda i, h: i < tf.shape(words)[0]
cell = lambda i, h: rnn_unit(words[i], h)
i = 0
_, h = tf.while_loop(cond, cell, (i, h0))
基于动态计算图（dynamic computation graph）的方法与之前的方法有根本性不同，它有几十年的学术研究历史，其中包括了哈佛的 Kayak、自动微分库（autograd）以及以研究为中心的框架 Chainer和 DyNet。在这样的框架（也称为运行时定义（define-by-run））中，计算图在运行时被建立和重建，使用相同的代码为前向通过（forward pass）执行计算，同时也为反向传播（backpropagation）建立所需的数据结构。这种方法能产生更直接的代码，因为控制流程的编写可以使用标准的 for 和 if。它还使调试更容易，因为运行时断点（run-time breakpoint）或堆栈跟踪（stack trace）将追踪到实际编写的代码，而不是执行引擎中的编译函数。可以在动态框架中使用简单的 Python 的 for 循环来实现有相同变量长度的循环神经网络。
# PyTorch (also works in Chainer)
# (this code runs on every forward pass of the model)
# “words” is a Python list with actual values in it
h = h0
for word in words:
h = rnn_unit(word, h)
PyTorch 是第一个 define-by-run 的深度学习框架，它与静态图框架（如 TensorFlow）的功能和性能相匹配，使其能很好地适合从标准卷积神经网络（convolutional network）到最疯狂的强化学习（reinforcement learning）等思想。所以让我们来看看 SPINN 的实现。
代码
在开始构建网络之前，我需要设置一个数据加载器（data loader）。通过深度学习，模型可以通过数据样本的批处理进行操作，通过并行化（parallelism）加快训练，并在每一步都有一个更平滑的梯度变化。我想在这里可以做到这一点（稍后我将解释上述堆栈操作过程如何进行批处理）。以下 Python 代码使用内置于 PyTorch 的文本库的系统来加载数据，它可以通过连接相似长度的数据样本自动生成批处理。运行此代码之后，train_iter、dev_iter 和 test_itercontain 循环遍历训练集、验证集和测试集分块 SNLI 的批处理。
from torchtext import data, datasets
TEXT = datasets.snli.ParsedTextField(lower=True)
TRANSITIONS = datasets.snli.ShiftReduceField()
LABELS = data.Field(sequential=False)train, dev, test = datasets.SNLI.splits(
TEXT, TRANSITIONS, LABELS, wv_type='glove.42B')TEXT.build_vocab(train, dev, test)
train_iter, dev_iter, test_iter = data.BucketIterator.splits(
(train, dev, test), batch_size=64)
你可以在 train.py中找到设置训练循环和准确性（accuracy）测量的其余代码。让我们继续。如上所述，SPINN 编码器包含参数化的 Reduce 层和可选的循环跟踪器来跟踪句子上下文，以便在每次网络读取单词或应用 Reduce 时更新隐藏状态；以下代码代表的是，创建一个 SPINN 只是意味着创建这两个子模块（我们将很快看到它们的代码），并将它们放在一个容器中以供稍后使用。
import torchfrom torch import nn
# subclass the Module class from PyTorch’s neural network package
class SPINN(nn.Module):
def __init__(self, config):
super(SPINN, self).__init__()
self.config = config self.reduce = Reduce(config.d_hidden, config.d_tracker)
if config.d_tracker is not None:
self.tracker = Tracker(config.d_hidden, config.d_tracker)
当创建模型时，SPINN.__init__ 被调用了一次；它分配和初始化参数，但不执行任何神经网络操作或构建任何类型的计算图。在每个新的批处理数据上运行的代码由 SPINN.forward 方法定义，它是用户实现的方法中用于定义模型向前过程的标准 PyTorch 名称。上面描述的是堆栈操作算法的一个有效实现，即在一般 Python 中，在一批缓冲区和堆栈上运行，每一个例子都对应一个缓冲区和堆栈。我使用转移矩阵（transition）包含的「shift」和「reduce」操作集合进行迭代，运行 Tracker（如果存在），并遍历批处理中的每个样本来应用「shift」操作（如果请求），或将其添加到需要「reduce」操作的样本列表中。然后在该列表中的所有样本上运行 Reduce 层，并将结果推送回到它们各自的堆栈。
def forward(self, buffers, transitions):
# The input comes in as a single tensor of word embeddings;
# I need it to be a list of stacks, one for each example in
# the batch, that we can pop from independently. The words in
# each example have already been reversed, so that they can
# be read from left to right by popping from the end of each
# list; they have also been prefixed with a null value.
buffers = [list(torch.split(b.squeeze(1), 1, 0))
for b in torch.split(buffers, 1, 1)]
# we also need two null values at the bottom of each stack,
# so we can copy from the nulls in the input; these nulls
# are all needed so that the tracker can run even if the
# buffer or stack is empty
stacks = [[buf[0], buf[0]] for buf in buffers]
if hasattr(self, 'tracker'):
self.tracker.reset_state()
for trans_batch in transitions:
if hasattr(self, 'tracker'):
# I described the Tracker earlier as taking 4
# arguments (context_t, b, s1, s2), but here I
# provide the stack contents as a single argument
# while storing the context inside the Tracker
# object itself.
tracker_states, _ = self.tracker(buffers, stacks)
else:
tracker_states = itertools.repeat(None)
lefts, rights, trackings = [], [], []
batch = zip(trans_batch, buffers, stacks, tracker_states)
for transition, buf, stack, tracking in batch:
if transition == SHIFT:
stack.append(buf.pop())
elif transition == REDUCE:
rights.append(stack.pop())
lefts.append(stack.pop())
trackings.append(tracking)
if rights:
reduced = iter(self.reduce(lefts, rights, trackings))
for transition, stack in zip(trans_batch, stacks):
if transition == REDUCE:
stack.append(next(reduced))
return [stack.pop() for stack in stacks]
在调用 self.tracker 或 self.reduce 时分别运行 Tracker 或 Reduce 子模块的向前方法，该方法需要在样本列表上应用前向操作。在主函数的向前方法中，在不同的样本上进行独立的操作是有意义的，即为批处理中每个样本提供分离的缓冲区和堆栈，因为所有受益于批处理执行的重度使用数学和需要 GPU 加速的操作都在 Tracker 和 Reduce 中进行。为了更干净地编写这些函数，我将使用一些 helper（稍后将定义）将这些样本列表转化成批处理张量（tensor），反之亦然。
我希望 Reduce 模块自动批处理其参数以加速计算，然后解批处理（unbatch）它们，以便可以单独推送和弹出。用于将每对左、右子短语表达组合成父短语（parent phrase）的实际组合函数是 TreeLSTM，它是普通循环神经网络单元 LSTM 的变型。该组合函数要求每个子短语的状态实际上由两个张量组成，一个隐藏状态 h 和一个存储单元（memory cell）状态 c，而函数是使用在子短语的隐藏状态操作的两个线性层（nn.Linear）和将线性层的结果与子短语的存储单元状态相结合的非线性组合函数 tree_lstm。在 SPINN 中，这种方式通过添加在 Tracker 的隐藏状态下运行的第 3 个线性层进行扩展。
图 2：TreeLSTM 组合函数增加了第 3 个输入（x，在这种情况下为 Tracker 状态）。在下面所示的 PyTorch 实现中，5 组的三种线性变换（由蓝色、黑色和红色箭头的三元组表示）组合为三个 nn.Linear 模块，而 tree_lstm 函数执行位于框内的所有计算。图来自 Chen et al. (2016)。
2. 如何在Python中用LSTM网络进行时间序列预测
时间序列模型
时间序列预测分析就是利用过去一段时间内某事件时间的特征来预测未来一段时间内该事件的特征。这是一类相对比较复杂的预测建模问题，和回归分析模型的预测不同，时间序列模型是依赖于事件发生的先后顺序的，同样大小的值改变顺序后输入模型产生的结果是不同的。举个栗子：根据过去两年某股票的每天的股价数据推测之后一周的股价变化；根据过去2年某店铺每周想消费人数预测下周来店消费的人数等等
RNN 和 LSTM 模型
时间序列模型最常用最强大的的工具就是递归神经网络（recurrent neural network, RNN）。相比与普通神经网络的各计算结果之间相互独立的特点，RNN的每一次隐含层的计算结果都与当前输入以及上一次的隐含层结果相关。通过这种方法，RNN的计算结果便具备了记忆之前几次结果的特点。
典型的RNN网路结构如下：右侧为计算时便于理解记忆而产开的结构。简单说，x为输入层，o为输出层，s为隐含层，而t指第几次的计算；V,W,U为权重，其中计算第t次的隐含层状态时为St = f(U*Xt + W*St-1)，实现当前输入结果与之前的计算挂钩的目的。对RNN想要更深入的了解可以戳这里。
RNN的局限：由于RNN模型如果需要实现长期记忆的话需要将当前的隐含态的计算与前n次的计算挂钩，即St = f(U*Xt + W1*St-1 + W2*St-2 + ... + Wn*St-n)，那样的话计算量会呈指数式增长，导致模型训练的时间大幅增加，因此RNN模型一般直接用来进行长期记忆计算。
LSTM模型LSTM（Long Short-Term Memory）模型是一种RNN的变型，最早由Juergen Schmidhuber提出的。经典的LSTM模型结构如下：LSTM的特点就是在RNN结构以外添加了各层的阀门节点。阀门有3类：遗忘阀门（forget gate），输入阀门（input gate）和输出阀门（output gate）。这些阀门可以打开或关闭，用于将判断模型网络的记忆态（之前网络的状态）在该层输出的结果是否达到阈值从而加入到当前该层的计算中。如图中所示，阀门节点利用sigmoid函数将网络的记忆态作为输入计算；如果输出结果达到阈值则将该阀门输出与当前层的的计算结果相乘作为下一层的输入（PS：这里的相乘是在指矩阵中的逐元素相乘）；如果没有达到阈值则将该输出结果遗忘掉。每一层包括阀门节点的权重都会在每一次模型反向传播训练过程中更新。更具体的LSTM的判断计算过程如下图所示：LSTM模型的记忆功能就是由这些阀门节点实现的。当阀门打开的时候，前面模型的训练结果就会关联到当前的模型计算，而当阀门关闭的时候之前的计算结果就不再影响当前的计算。因此，通过调节阀门的开关我们就可以实现早期序列对最终结果的影响。而当你不不希望之前结果对之后产生影响，比如自然语言处理中的开始分析新段落或新章节，那么把阀门关掉即可。（对LSTM想要更具体的了解可以戳这里）下图具体演示了阀门是如何工作的：通过阀门控制使序列第1的输入的变量影响到了序列第4,6的的变量计算结果。黑色实心圆代表对该节点的计算结果输出到下一层或下一次计算；空心圆则表示该节点的计算结果没有输入到网络或者没有从上一次收到信号。
Python中实现LSTM模型搭建
Python中有不少包可以直接调用来构建LSTM模型，比如pybrain, kears, tensorflow, cikit-neuralnetwork等（更多戳这里）。这里我们选用keras。（PS：如果操作系统用的linux或者mac，强推Tensorflow！！！）
因为LSTM神经网络模型的训练可以通过调整很多参数来优化，例如activation函数，LSTM层数，输入输出的变量维度等，调节过程相当复杂。这里只举一个最简单的应用例子来描述LSTM的搭建过程。
应用实例
基于某家店的某顾客的历史消费的时间推测该顾客前下次来店的时间。具体数据如下所示：
消费时间2015-05-15 14:03:512015-05-15 15:32:462015-06-28 18:00:172015-07-16 21:27:182015-07-16 22:04:512015-09-08 14:59:56....
具体操作：1. 原始数据转化首先需要将时间点数据进行数值化。将具体时间转化为时间段用于表示该用户相邻两次消费的时间间隔，然后再导入模型进行训练是比较常用的手段。转化后的数据如下：
消费间隔04418054....
2.生成模型训练数据集（确定训练集的窗口长度）这里的窗口指需要几次消费间隔用来预测下一次的消费间隔。这里我们先采用窗口长度为3， 即用t-2, t-1,t次的消费间隔进行模型训练，然后用t+1次间隔对结果进行验证。数据集格式如下：X为训练数据，Y为验证数据。PS： 这里说确定也不太合适，因为窗口长度需要根据模型验证结果进行调整的。
X1 X2 X3 Y0 44 18 044 18 0 54....
注：直接这样预测一般精度会比较差，可以把预测值Y根据数值bin到几类，然后用转换成one-hot标签再来训练会比较好。比如如果把Y按数值范围分到五类（1：0-20，2：20-40，3：40-60，4：60-80，5：80-100）上式可化为：
X1 X2 X3 Y0 44 18 044 18 0 4...
Y转化成one-hot以后则是(关于one-hot编码可以参考这里)
1 0 0 0 00 0 0 0 1...
3. 网络模型结构的确定和调整这里我们使用python的keras库。（用java的同学可以参考下deeplearning4j这个库）。网络的训练过程设计到许多参数的调整：比如
需要确定LSTM模块的激活函数（activation fucntion）（keras中默认的是tanh）；
确定接收LSTM输出的完全连接人工神经网络（fully-connected artificial neural network）的激活函数（keras中默认为linear）；
确定每一层网络节点的舍弃率（为了防止过度拟合（overfit）），这里我们默认值设定为0.2；
确定误差的计算方式，这里我们使用均方误差（mean squared error）；
确定权重参数的迭代更新方式，这里我们采用RMSprop算法，通常用于RNN网络。
确定模型训练的epoch和batch size（关于模型的这两个参数具体解释戳这里）一般来说LSTM模块的层数越多（一般不超过3层，再多训练的时候就比较难收敛），对高级别的时间表示的学习能力越强；同时，最后会加一层普通的神经网路层用于输出结果的降维。典型结构如下：如果需要将多个序列进行同一个模型的训练，可以将序列分别输入到独立的LSTM模块然后输出结果合并后输入到普通层。结构如下：
4. 模型训练和结果预测将上述数据集按4:1的比例随机拆分为训练集和验证集，这是为了防止过度拟合。训练模型。然后将数据的X列作为参数导入模型便可得到预测值，与实际的Y值相比便可得到该模型的优劣。
实现代码
时间间隔序列格式化成所需的训练集格式
import pandas as pdimport numpy as npdef create_interval_dataset(dataset, look_back): """ :param dataset: input array of time intervals :param look_back: each training set feature length :return: convert an array of values into a dataset matrix. """ dataX, dataY = [], [] for i in range(len(dataset) - look_back): dataX.append(dataset[i:i+look_back]) dataY.append(dataset[i+look_back]) return np.asarray(dataX), np.asarray(dataY)df = pd.read_csv("path-to-your-time-interval-file") dataset_init = np.asarray(df) # if only 1 columndataX, dataY = create_interval_dataset(dataset, lookback=3) # look back if the training set sequence length这里的输入数据来源是csv文件，如果输入数据是来自数据库的话可以参考这里
LSTM网络结构搭建
import pandas as pdimport numpy as npimport randomfrom keras.models import Sequential, model_from_jsonfrom keras.layers import Dense, LSTM, Dropoutclass NeuralNetwork(): def __init__(self, **kwargs): """ :param **kwargs: output_dim=4: output dimension of LSTM layer; activation_lstm='tanh': activation function for LSTM layers; activation_dense='relu': activation function for Dense layer; activation_last='sigmoid': activation function for last layer; drop_out=0.2: fraction of input units to drop; np_epoch=10, the number of epoches to train the model. epoch is one forward pass and one backward pass of all the training examples; batch_size=32: number of samples per gradient update. The higher the batch size, the more memory space you'll need; loss='mean_square_error': loss function; optimizer='rmsprop' """ self.output_dim = kwargs.get('output_dim', 8) self.activation_lstm = kwargs.get('activation_lstm', 'relu') self.activation_dense = kwargs.get('activation_dense', 'relu') self.activation_last = kwargs.get('activation_last', 'softmax') # softmax for multiple output self.dense_layer = kwargs.get('dense_layer', 2) # at least 2 layers self.lstm_layer = kwargs.get('lstm_layer', 2) self.drop_out = kwargs.get('drop_out', 0.2) self.nb_epoch = kwargs.get('nb_epoch', 10) self.batch_size = kwargs.get('batch_size', 100) self.loss = kwargs.get('loss', 'categorical_crossentropy') self.optimizer = kwargs.get('optimizer', 'rmsprop') def NN_model(self, trainX, trainY, testX, testY): """ :param trainX: training data set :param trainY: expect value of training data :param testX: test data set :param testY: epect value of test data :return: model after training """ print "Training model is LSTM network!" input_dim = trainX[1].shape[1] output_dim = trainY.shape[1] # one-hot label # print predefined parameters of current model: model = Sequential() # applying a LSTM layer with x dim output and y dim input. Use dropout parameter to avoid overfitting model.add(LSTM(output_dim=self.output_dim, input_dim=input_dim, activation=self.activation_lstm, dropout_U=self.drop_out, return_sequences=True)) for i in range(self.lstm_layer-2): model.add(LSTM(output_dim=self.output_dim, input_dim=self.output_dim, activation=self.activation_lstm, dropout_U=self.drop_out, return_sequences=True)) # argument return_sequences should be false in last lstm layer to avoid input dimension incompatibility with dense layer model.add(LSTM(output_dim=self.output_dim, input_dim=self.output_dim, activation=self.activation_lstm, dropout_U=self.drop_out)) for i in range(self.dense_layer-1): model.add(Dense(output_dim=self.output_dim, activation=self.activation_last)) model.add(Dense(output_dim=output_dim, input_dim=self.output_dim, activation=self.activation_last)) # configure the learning process model.compile(loss=self.loss, optimizer=self.optimizer, metrics=['accuracy']) # train the model with fixed number of epoches model.fit(x=trainX, y=trainY, nb_epoch=self.nb_epoch, batch_size=self.batch_size, validation_data=(testX, testY)) # store model to json file model_json = model.to_json() with open(model_path, "w") as json_file: json_file.write(model_json) # store model weights to hdf5 file if model_weight_path: if os.path.exists(model_weight_path): os.remove(model_weight_path) model.save_weights(model_weight_path) # eg: model_weight.h5 return model这里写的只涉及LSTM网络的结构搭建，至于如何把数据处理规范化成网络所需的结构以及把模型预测结果与实际值比较统计的可视化，就需要根据实际情况做调整了。
3. 求教pytorch这段代码的意思learning_rate = 1e-6
pytorch中这段代码的意思是把学习率learning_rate设为0.000001 但是设置学习率不是给learning_rate赋值就可以完成的, 在pytorch中设置learning_rate有六种方法(这里的LR就是LearningRate的缩写) 1等步长间隔调整学习率 optim.lr_scheduler.StepLR(optimizer, step_size, gamma=0.1, last_epoch=-1) 2cosine学习率 optim.lr_scheduler.CosineAnnealingLR(optimizer, T_max, eta_min=0) 3指数衰减学习率 optim.lr_scheduler.ExponentialLR(optimizer, gamma, last_epoch=-1) 4自适应调整学习率 optim.lr_scheduler.ReduceLROnPlateau(optimizer, mode='min', factor=0.1, patience=10,verbose=False, threshold=1e-4, threshold_mode='rel',cooldown=0, min_lr=0, eps=1e-8) 5非等间隔调整学习率 optim.lr_scheduler.MultiStepLR(optimizer, milestones, gamma=0.1, last_epoch=-1) 6自定义网络层隔学习率 optim.lr_scheduler.LambdaLR( optimizer, lr_lambda, last_epoch=-1) 我给你一个等步长间隔调整学习率的例子,你看看吧 import torch import torch.optim as optim from torch.optim import lr_scheduler from torchvision.models import AlexNet model = AlexNet(num_classes=2) optimizer = optim.SGD(params = model.parameters(), lr=0.05) #每10次迭代，lr = lr * gamma scheduler = lr_scheduler.StepLR(optimizer, step_size=10, gamma=0.1) for epoch in range(40): scheduler.step() lr = scheduler.get_lr() print(epoch, scheduler.get_lr()[0]) 源代码(注意源代码的缩进)
4. 求教pytorch，深度神经网络中这段代码的隐藏层是那段代码？
这个线性回归程序没有隐藏层是一个单层神经网络,隐藏层是在多层感知机中引入的, 并且一般要在隐藏层中使用ReLU函数作为激活函数,否则,虽然引入隐藏层,仍然等价于一个单层神经网络. 下面是一种激活函数ReLU(见图),它只保留正数元素,负数元素清零.
5. 怎样使用PyTorch实现递归神经网络
1. 将单词放入缓冲区。 2. 从缓冲区的前部弹出「The」，将其推送（push）到堆栈上层，紧接着是「church」。 3. 弹出前 2 个堆栈值，应用于 Reduce，然后将结果推送回堆栈。 4. 从缓冲区弹出「has」，然后推送到堆栈，然后是「cracks」，然后是「in」，然后是「the」，然后是「ceiling」。 5. 重复四次：弹出 2 个堆栈值，应用于 Reduce，然后推送结果。 6. 从缓冲区弹出「.」，然后推送到堆栈上层。 7. 重复两次：弹出 2 个堆栈值，应用于 Reduce，然后推送结果。 8. 弹出剩余的堆栈值，并将其作为句子编码返回。
6. Pytorch模型问题class LinearModel(torch.nn.Module):
class LinearModel(torch.nn.Module): def __init__(self): super(LinearModel, self).__init__() self.linear= torch.nn.Linear(1,1) 这是一组代码。【摘要】 Pytorch模型问题class LinearModel(torch.nn.Module): def __init__(self): super(LinearModel, self).__init__() self.linear= torch.nn.Linear(1,1) 这是啥意思？【提问】 class LinearModel(torch.nn.Module): def __init__(self): super(LinearModel, self).__init__() self.linear= torch.nn.Linear(1,1) 这是一组代码。【回答】 意思是：create new class base class is torch.nn.Module【回答】 建立一个新的组，创建新组基类是torch.nn.module【回答】 我知道，我只是想问，所有字母我都认识，连起来就不认识了【提问】 连起来就是一组代码。但是这是一个计算机代码的中间一段，主要看你是什么程序上截取的。【回答】 接下来的新建项目组每组最后都要按照(torch.nn.Module) 的线性模组来编写【回答】
7. pytorch 怎么处理变长的rnn lstm
语言模型主要规则模型统计模型两种统计语言模型用概率统计揭示语言单位内统计规律其N-Gram简单效广泛使用N-Gram：该模型基于种假设第n词现与前面N-1词相关与其任何词都相关整句概率各词现概率乘积些概率通直接语料统计N词同现数用二元Bi-Gram三元Tri-Gram语言模型性能通用交叉熵复杂度（Perplexity）衡量交叉熵意义用该模型文本识别难度或者压缩角度看每词平均要用几位编码复杂度意义用该模型表示文本平均支数其倒数视每词平均概率平滑指没观察N元组合赋予概率值保证词序列总能通语言模型概率值通使用平滑技术图灵估计、删除插值平滑、Katz平滑Kneser-Ney平滑
8. 在pytorch中运行py代码出现如下错误，求大神帮助 RuntimeError: CUDA error: unknown error
import os import csv TRAIN_IMG_DIR = '/home/yourname/Documents/tensorflow/images/500pics2/train' TRAIN_CSV_DIR = '/home/yourname/Documents/tensorflow/images/500pics2/train_labels.csv' TEST_IMG_DIR = '/home/yourname/Documents/tensorflow/images/500pics2/test' TEST_CSV_DIR = '/home/yourname/Documents/tensorflow/images/500pics2/test_labels.csv' def mkcsv(img_dir, csv_dir): list = [] list.append(['File Name','Label']) for file_name in os.listdir(img_dir): if file_name[0] == '3': #bus item = [file_name, 0] elif file_name[0] == '4': #dinosaur item = [file_name, 1] elif file_name[0] == '5': #elephant item = [file_name, 2] elif file_name[0] == '6': #flower item = [file_name, 3] else: item = [file_name, 4] #horse list.append(item) print(list) f = open(csv_dir, 'w', newline='') writer = csv.writer(f) writer.writerows(list) mkcsv(TRAIN_IMG_DIR, TRAIN_CSV_DIR) mkcsv(TEST_IMG_DIR, TEST_CSV_DIR)
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