import torch from torch import nn class MLP(nn.Module): def __init__(self, input_dim, num_class, hidden_dim) -> None: super().__init__() self.hidden_dim = hidden_dim self.mlp = nn.Sequential(*[ nn.Linear(input_dim, self.hidden_dim), nn.ReLU(), nn.Linear(self.hidden_dim, self.hidden_dim), nn.ReLU(), nn.Linear(self.hidden_dim, self.hidden_dim), nn.ReLU(), nn.Linear(self.hidden_dim, num_class) ]) def forward(self, x): return self.mlp(x)

这是一个使用 PyTorch 实现的多层感知器 (MLP) 的模型定义代码。该 MLP 模型包括一个输入层、若干个隐藏层和一个输出层。其输入特征维度为 input_dim，输出类别数为 num_class，隐藏层维度为 hidden_dim。其中，nn.Linear 表示全连接层，nn.ReLU 表示激活函数 ReLU。forward() 方法定义了模型的前向传播过程，即输入特征经过多个全连接层和激活函数后得到输出。在模型训练时，可以通过调用 forward() 方法来计算模型的输出，并根据输出与真实标签之间的差别来更新模型参数。

相关问题

将多头self attention加入到mlp的pytorch代码实现

以下是一个示例代码，展示了如何将多头self attention加入到mlp中。

import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F

class MultiHeadedAttention(nn.Module):
    def __init__(self, input_dim, num_heads):
        super(MultiHeadedAttention, self).__init__()
        self.input_dim = input_dim
        self.num_heads = num_heads
        
        # query, key, value 的线性变换
        self.query_linear = nn.Linear(input_dim, input_dim)
        self.key_linear = nn.Linear(input_dim, input_dim)
        self.value_linear = nn.Linear(input_dim, input_dim)
        
        # 多头注意力的输出线性变换
        self.output_linear = nn.Linear(input_dim, input_dim)
        
    def forward(self, inputs):
        batch_size = inputs.size(0)
        
        # 线性变换
        query = self.query_linear(inputs)
        key = self.key_linear(inputs)
        value = self.value_linear(inputs)
        
        # 将输入向量拆分为多个头
        query = query.view(batch_size * self.num_heads, -1, self.input_dim // self.num_heads)
        key = key.view(batch_size * self.num_heads, -1, self.input_dim // self.num_heads)
        value = value.view(batch_size * self.num_heads, -1, self.input_dim // self.num_heads)
        
        # 计算注意力权重
        attention_weights = torch.bmm(query, key.transpose(1, 2))
        attention_weights = F.softmax(attention_weights, dim=2)
        
        # 加权平均值
        attention_output = torch.bmm(attention_weights, value)
        
        # 合并多个头
        attention_output = attention_output.view(batch_size, -1, self.input_dim)
        
        # 输出线性变换
        attention_output = self.output_linear(attention_output)
        
        return attention_output

class MLP(nn.Module):
    def __init__(self, input_dim, hidden_dim, output_dim, num_heads):
        super(MLP, self).__init__()
        self.input_dim = input_dim
        self.hidden_dim = hidden_dim
        self.output_dim = output_dim
        self.num_heads = num_heads
        
        # 输入层
        self.input_layer = nn.Linear(input_dim, hidden_dim)
        
        # 多头自注意力层
        self.attention_layer = MultiHeadedAttention(hidden_dim, num_heads)
        
        # 输出层
        self.output_layer = nn.Linear(hidden_dim, output_dim)
        
    def forward(self, inputs):
        # 输入层
        hidden = F.relu(self.input_layer(inputs))
        
        # 多头自注意力层
        attention_output = self.attention_layer(hidden)
        
        # 输出层
        output = self.output_layer(attention_output)
        
        return output

这里定义了一个名为MultiHeadedAttention的自注意力层，它将输入向量拆分成多个头，并计算每个头的注意力权重，然后将这些头的加权平均值合并，最后输出经过线性变换的注意力输出。

然后，定义了一个名为MLP的多层感知机模型，它由一个输入层、一个多头自注意力层和一个输出层组成。在前向传递过程中，输入向量首先通过输入层，然后通过多头自注意力层，最后通过输出层。

在构建模型对象时，我们需要指定输入维度、隐藏层维度、输出维度和头的数量。例如，我们可以这样实例化一个MLP对象：

mlp = MLP(input_dim=100, hidden_dim=200, output_dim=10, num_heads=4)

这将创建一个输入维度为100、隐藏层维度为200、输出维度为10、头数为4的MLP模型。

你现在利用pytorch定义了两个神经网络，一个是3层用全连接层构造成的MLP，还有一个是图注意力网络。两个输出均是（16，307，12）。你现在需要把这两个神经网络作为VAE的两个编码器，将它们的输出拼接后计算隐变量，然后解码生成新的交通数据集。这个pytorch应该怎么写，请给我一个比较完整的pytorch代码。原来的数据集形状为（16992，307，12，3）的数据集，其中，16992是时间段数，307是传感器节点个数，12是历史步长，3是特征维度。第一个特征维度是速度，第二个特征维度是根据邻接矩阵产生的度特征，第三个特征维度是星期。现在按照batch_size=16送入模型得到的输出均是（16，307，12），并最好告诉我每一行在做什么，相应输出维度应该是什么。两个class均不想删除，那decoder怎么写，两个输入参数是不一样的，例如MLP的相关参数是input_dim = 36，hidden_dim = 64，output_dim = 12，history_length=12，GAT的相关参数是num_heads = 8，in_dim = 3，hidden_dim = 64，out_dim = 36，输出维度是相同的。最后，请随机生成形状为（16992，307，12，3）的数据集，按批次送入模型，让我自行看看模型的效果

好的，以下是一个比较完整的PyTorch代码，实现了VAE的编码器和解码器部分，其中编码器部分使用了两个神经网络，分别是MLP和GAT网络：

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F
from torch.autograd import Variable
from torch.utils.data import Dataset, DataLoader

# 定义MLP网络
class MLP(nn.Module):
    def __init__(self, input_dim, hidden_dim, output_dim, history_length):
        super(MLP, self).__init__()
        self.fc1 = nn.Linear(input_dim * history_length, hidden_dim)
        self.fc21 = nn.Linear(hidden_dim, output_dim)
        self.fc22 = nn.Linear(hidden_dim, output_dim)

    def encode(self, x):
        x = x.view(x.size(0), -1)
        h1 = F.relu(self.fc1(x))
        return self.fc21(h1), self.fc22(h1)

    def forward(self, x):
        mu, logvar = self.encode(x)
        std = torch.exp(0.5 * logvar)
        eps = torch.randn_like(std)
        return eps.mul(std).add_(mu), mu, logvar

# 定义GAT网络
class GAT(nn.Module):
    def __init__(self, num_heads, in_dim, hidden_dim, out_dim):
        super(GAT, self).__init__()
        self.num_heads = num_heads
        self.fc = nn.Linear(in_dim, hidden_dim)
        self.attn_fc = nn.Linear(hidden_dim, num_heads * out_dim)

    def forward(self, x, adj):
        x = self.fc(x)
        N = x.size()[1]
        x = x.view(-1, N, self.num_heads, int(x.size()[2] / self.num_heads))
        x = x.permute(0, 2, 1, 3)
        a = self.attn_fc(x)
        a = a.view(-1, self.num_heads, N, N)
        attn = F.softmax(a, dim=-1)
        h = torch.matmul(attn, x)
        h = h.permute(0, 2, 1, 3).contiguous()
        h = h.view(-1, N, int(x.size()[2]))
        return h

# 定义VAE模型
class VAE(nn.Module):
    def __init__(self, mlp_input_dim, mlp_hidden_dim, mlp_output_dim,
                 mlp_history_length, gat_num_heads, gat_in_dim,
                 gat_hidden_dim, gat_out_dim):
        super(VAE, self).__init__()
        self.mlp = MLP(mlp_input_dim, mlp_hidden_dim, mlp_output_dim, mlp_history_length)
        self.gat = GAT(gat_num_heads, gat_in_dim, gat_hidden_dim, gat_out_dim)
        self.fc1 = nn.Linear(mlp_output_dim + gat_out_dim, 256)
        self.fc2 = nn.Linear(256, 307 * 12 * 3)

    def decode(self, z):
        h = F.relu(self.fc1(z))
        return torch.sigmoid(self.fc2(h))

    def forward(self, x, adj):
        z, mu, logvar = self.mlp(x)
        gat_out = self.gat(x, adj)
        z = torch.cat([z, gat_out], dim=-1)
        return self.decode(z), mu, logvar

# 定义数据集
class RandomDataset(Dataset):
    def __init__(self, shape):
        self.shape = shape

    def __getitem__(self, index):
        return torch.randn(self.shape), torch.randn(self.shape)

    def __len__(self):
        return 1000

# 随机生成数据集
dataset = RandomDataset((16, 307, 12, 3))
dataloader = DataLoader(dataset, batch_size=16, shuffle=True)

# 初始化模型
mlp_input_dim = 36
mlp_hidden_dim = 64
mlp_output_dim = 12
mlp_history_length = 12

gat_num_heads = 8
gat_in_dim = 3
gat_hidden_dim = 64
gat_out_dim = 36

vae = VAE(mlp_input_dim, mlp_hidden_dim, mlp_output_dim, mlp_history_length,
          gat_num_heads, gat_in_dim, gat_hidden_dim, gat_out_dim)

# 训练模型
optimizer = torch.optim.Adam(vae.parameters(), lr=1e-4)

def loss_function(recon_x, x, mu, logvar):
    BCE = F.binary_cross_entropy(recon_x, x.view(-1, 307 * 12 * 3), reduction='sum')
    KLD = -0.5 * torch.sum(1 + logvar - mu.pow(2) - logvar.exp())
    return BCE + KLD

num_epochs = 10
for epoch in range(num_epochs):
    for i, data in enumerate(dataloader):
        x, adj = data
        optimizer.zero_grad()
        recon_x, mu, logvar = vae(x, adj)
        loss = loss_function(recon_x, x, mu, logvar)
        loss.backward()
        optimizer.step()
        if i % 10 == 0:
            print('Epoch [%d/%d], Step [%d/%d], Loss: %.4f'
                  % (epoch+1, num_epochs, i+1, len(dataset)//16, loss.item()))

# 测试模型
test_data = torch.randn(16992, 307, 12, 3)
test_adj = torch.randn(16992, 307, 307)
test_result = []
batch_size = 16
num_batches = test_data.shape[0] // batch_size
for i in range(num_batches):
    x = test_data[i*batch_size:(i+1)*batch_size]
    adj = test_adj[i*batch_size:(i+1)*batch_size]
    recon_x, _, _ = vae(x, adj)
    test_result.append(recon_x.detach().numpy())
test_result = np.concatenate(test_result, axis=0)
print(test_result.shape)

在上面的代码中，MLP是一个包含三个全连接层的神经网络，GAT是一个基于图注意力机制的神经网络。VAE模型将这两个神经网络作为两个编码器，将它们的输出拼接后计算隐变量，然后解码生成新的交通数据集。输入数据集的形状为（16992，307，12，3），其中，16992是时间段数，307是传感器节点个数，12是历史步长，3是特征维度。第一个特征维度是速度，第二个特征维度是根据邻接矩阵产生的度特征，第三个特征维度是星期。按批次送入模型时，每个batch的大小为16。

在训练过程中，我们使用了随机生成的数据集进行训练，并且使用Adam优化器进行优化。在测试过程中，我们随机生成了一组符合原始数据集形状的数据集，并按批次送入模型生成新的交通数据集。