在pycharm平台使用Transformer结构写一段程序,基于seq2seq的对二值图像进行折叠处理,并对该代码添加详细的注释

时间: 2024-06-08 10:12:32 浏览: 103
以下是基于seq2seq的对二值图像进行折叠处理的Transformer代码,代码中注释详尽,希望对你有所帮助: ```python import tensorflow as tf from tensorflow import keras from tensorflow.keras import layers # 定义Transformer结构中的Multi-Head Attention层 class MultiHeadAttention(layers.Layer): def __init__(self, embed_dim, num_heads): super(MultiHeadAttention, self).__init__() self.embed_dim = embed_dim self.num_heads = num_heads # 对输入的query、key、value进行线性变换,得到Q、K、V self.query_dense = layers.Dense(units=embed_dim) self.key_dense = layers.Dense(units=embed_dim) self.value_dense = layers.Dense(units=embed_dim) # 将多头注意力的输出进行线性变换,得到最终输出 self.dense = layers.Dense(units=embed_dim) def split_heads(self, inputs, batch_size): inputs = tf.reshape( inputs, shape=(batch_size, -1, self.num_heads, self.embed_dim // self.num_heads) ) return tf.transpose(inputs, perm=[0, 2, 1, 3]) def call(self, inputs): query, key, value, mask = inputs['query'], inputs['key'], inputs['value'], inputs['mask'] batch_size = tf.shape(query)[0] # 对query、key、value进行线性变换 query = self.query_dense(query) key = self.key_dense(key) value = self.value_dense(value) # 对query、key、value进行分割 query = self.split_heads(query, batch_size) key = self.split_heads(key, batch_size) value = self.split_heads(value, batch_size) # 计算注意力权重 scaled_attention_logits = tf.matmul(query, key, transpose_b=True) scaled_attention_logits += tf.cast((mask * -1e9), dtype=scaled_attention_logits.dtype) attention_weights = tf.nn.softmax(scaled_attention_logits, axis=-1) attention_output = tf.matmul(attention_weights, value) # 合并多头注意力的输出 attention_output = tf.transpose(attention_output, perm=[0, 2, 1, 3]) concat_attention = tf.reshape(attention_output, (batch_size, -1, self.embed_dim)) outputs = self.dense(concat_attention) return outputs # 定义Transformer结构中的Positional Encoding层 class PositionalEncoding(layers.Layer): def __init__(self, position, embed_dim): super(PositionalEncoding, self).__init__() self.position = position self.embed_dim = embed_dim self.pos_encoding = self.positional_encoding(position, embed_dim) def get_angles(self, pos, i, embed_dim): angle_rates = 1 / tf.pow(10000, (2 * (i // 2)) / tf.cast(embed_dim, tf.float32)) return pos * angle_rates def positional_encoding(self, position, embed_dim): angle_rads = self.get_angles( tf.range(position, dtype=tf.float32)[:, tf.newaxis], tf.range(embed_dim, dtype=tf.float32)[tf.newaxis, :], embed_dim, ) # 将sin应用于偶数索引(从0开始),将cos应用于奇数索引(从1开始) sines = tf.math.sin(angle_rads[:, 0::2]) cosines = tf.math.cos(angle_rads[:, 1::2]) pos_encoding = tf.concat([sines, cosines], axis=-1) pos_encoding = pos_encoding[tf.newaxis, ...] return tf.cast(pos_encoding, tf.float32) def call(self, inputs): return inputs + self.pos_encoding[:, :tf.shape(inputs)[1], :] # 定义Transformer结构中的Encoder层 def encoder_layer(units, d_model, num_heads, dropout, name="encoder_layer"): inputs = keras.Input(shape=(None, d_model), name="inputs") # 为了保证模型的学习能力,需要在输入层和输出层之间添加多头注意力层和前向传递层 attention = MultiHeadAttention(d_model, num_heads)(inputs={"query": inputs, "key": inputs, "value": inputs}) attention = layers.Dropout(rate=dropout)(attention) attention = layers.LayerNormalization(epsilon=1e-6)(inputs + attention) outputs = layers.Dense(units=units, activation="relu")(attention) outputs = layers.Dense(units=d_model)(outputs) outputs = layers.Dropout(rate=dropout)(outputs) outputs = layers.LayerNormalization(epsilon=1e-6)(attention + outputs) return keras.Model(inputs=inputs, outputs=outputs, name=name) # 定义Transformer结构中的Decoder层 def decoder_layer(units, d_model, num_heads, dropout, name="decoder_layer"): inputs = keras.Input(shape=(None, d_model), name="inputs") enc_outputs = keras.Input(shape=(None, d_model), name="encoder_outputs") # 为了保证模型的学习能力,需要在输入层和输出层之间添加多头注意力层和前向传递层,以及编码器-解码器注意力层 attention1 = MultiHeadAttention(d_model, num_heads)(inputs={"query": inputs, "key": inputs, "value": inputs}) attention1 = layers.Dropout(rate=dropout)(attention1) attention1 = layers.LayerNormalization(epsilon=1e-6)(attention1 + inputs) attention2 = MultiHeadAttention(d_model, num_heads)(inputs={"query": attention1, "key": enc_outputs, "value": enc_outputs}) attention2 = layers.Dropout(rate=dropout)(attention2) attention2 = layers.LayerNormalization(epsilon=1e-6)(attention2 + attention1) outputs = layers.Dense(units=units, activation="relu")(attention2) outputs = layers.Dense(units=d_model)(outputs) outputs = layers.Dropout(rate=dropout)(outputs) outputs = layers.LayerNormalization(epsilon=1e-6)(outputs + attention2) return keras.Model(inputs=[inputs, enc_outputs], outputs=outputs, name=name) # 定义Transformer结构 def transformer(vocab_size, num_layers, units, d_model, num_heads, dropout, name="transformer"): inputs = keras.Input(shape=(None,), name="inputs") # 定义掩码,用于将填充的部分掩盖掉 padding_mask = keras.layers.Lambda(lambda x: tf.cast(tf.equal(x, 0), dtype=tf.float32))(inputs) # 嵌入层,将输入的单词ID转换为对应的向量表示 embeddings = layers.Embedding(vocab_size, d_model)(inputs) embeddings *= tf.math.sqrt(tf.cast(d_model, tf.float32)) embeddings = PositionalEncoding(vocab_size, d_model)(embeddings) outputs = layers.Dropout(rate=dropout)(embeddings) # 定义多个Encoder层 for i in range(num_layers): outputs = encoder_layer(units=units, d_model=d_model, num_heads=num_heads, dropout=dropout, name="encoder_layer_{}".format(i),)(outputs=[outputs, padding_mask]) # 定义多个Decoder层 for i in range(num_layers): outputs = decoder_layer(units=units, d_model=d_model, num_heads=num_heads, dropout=dropout, name="decoder_layer_{}".format(i),)(inputs=[outputs, padding_mask]) # 添加一个全连接层,输出二值图像折叠后的结果 outputs = layers.Dense(units=vocab_size, activation="softmax")(outputs) return keras.Model(inputs=inputs, outputs=outputs, name=name) ```
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