写一个复杂的LSTM类

时间: 2023-08-15 21:08:00 浏览: 38
好的,下面是一个复杂的LSTM类的代码实现: ```python import numpy as np class LSTM: def __init__(self, input_dim, hidden_dim, output_dim): self.input_dim = input_dim self.hidden_dim = hidden_dim self.output_dim = output_dim # 初始化权重和偏置 self.Wf = np.random.randn(hidden_dim, input_dim + hidden_dim) self.Uf = np.random.randn(hidden_dim, hidden_dim) self.bf = np.zeros((hidden_dim, 1)) self.Wi = np.random.randn(hidden_dim, input_dim + hidden_dim) self.Ui = np.random.randn(hidden_dim, hidden_dim) self.bi = np.zeros((hidden_dim, 1)) self.Wc = np.random.randn(hidden_dim, input_dim + hidden_dim) self.Uc = np.random.randn(hidden_dim, hidden_dim) self.bc = np.zeros((hidden_dim, 1)) self.Wo = np.random.randn(hidden_dim, input_dim + hidden_dim) self.Uo = np.random.randn(hidden_dim, hidden_dim) self.bo = np.zeros((hidden_dim, 1)) self.Wy = np.random.randn(output_dim, hidden_dim) self.by = np.zeros((output_dim, 1)) def sigmoid(self, x): return 1 / (1 + np.exp(-x)) def tanh(self, x): return np.tanh(x) def forward(self, x, h_prev, c_prev): # 计算遗忘门 f = self.sigmoid(np.dot(self.Wf, np.concatenate((x, h_prev), axis=0)) + np.dot(self.Uf, c_prev) + self.bf) # 计算输入门 i = self.sigmoid(np.dot(self.Wi, np.concatenate((x, h_prev), axis=0)) + np.dot(self.Ui, c_prev) + self.bi) # 计算新的候选单元状态 c_tilde = self.tanh(np.dot(self.Wc, np.concatenate((x, h_prev), axis=0)) + np.dot(self.Uc, c_prev) + self.bc) # 更新单元状态 c = f * c_prev + i * c_tilde # 计算输出门 o = self.sigmoid(np.dot(self.Wo, np.concatenate((x, h_prev), axis=0)) + np.dot(self.Uo, c) + self.bo) # 计算隐藏状态和输出 h = o * self.tanh(c) y = np.dot(self.Wy, h) + self.by # 保存中间变量,供反向传播使用 self.x = x self.h_prev = h_prev self.c_prev = c_prev self.f = f self.i = i self.c_tilde = c_tilde self.c = c self.o = o self.h = h return y def backward(self, dy, dh_next, dc_next): # 反向传播输出层 dWy = np.dot(dy, self.h.T) dby = dy # 反向传播隐藏层 dh = np.dot(self.Wy.T, dy) + dh_next do = dh * self.tanh(self.c) do = do * self.o * (1 - self.o) dUo = np.dot(do, self.c.T) dWo = np.dot(do, np.concatenate((self.x, self.h_prev), axis=0).T) dbo = do dc = dh * self.o * (1 - self.tanh(self.c) ** 2) + dc_next dc_tilde = dc * self.i dc_tilde = dc_tilde * (1 - self.c_tilde ** 2) dUc = np.dot(dc_tilde, self.c_prev.T) dWc = np.dot(dc_tilde, np.concatenate((self.x, self.h_prev), axis=0).T) dbc = dc_tilde di = dc * self.c_tilde di = di * self.i * (1 - self.i) dUi = np.dot(di, self.c_prev.T) dWi = np.dot(di, np.concatenate((self.x, self.h_prev), axis=0).T) dbi = di df = dc * self.c_prev df = df * self.f * (1 - self.f) dUf = np.dot(df, self.c_prev.T) dWf = np.dot(df, np.concatenate((self.x, self.h_prev), axis=0).T) dbf = df # 反向传播到上一层 dx = np.dot(self.Wf.T[:, :self.input_dim], dWf) + \ np.dot(self.Wi.T[:, :self.input_dim], dWi) + \ np.dot(self.Wc.T[:, :self.input_dim], dWc) + \ np.dot(self.Wo.T[:, :self.input_dim], dWo) dh_prev = np.dot(self.Wf.T[:, self.input_dim:], dWf) + \ np.dot(self.Wi.T[:, self.input_dim:], dWi) + \ np.dot(self.Wc.T[:, self.input_dim:], dWc) + \ np.dot(self.Wo.T[:, self.input_dim:], dWo) dc_prev = dc * self.f return dx, dh_prev, dc_prev, dWf, dUf, dbf, dWi, dUi, dbi, dWc, dUc, dbc, dWo, dUo, dbo, dWy, dby def update(self, dWf, dUf, dbf, dWi, dUi, dbi, dWc, dUc, dbc, dWo, dUo, dbo, dWy, dby, lr): # 更新权重和偏置 self.Wf -= lr * dWf self.Uf -= lr * dUf self.bf -= lr * dbf self.Wi -= lr * dWi self.Ui -= lr * dUi self.bi -= lr * dbi self.Wc -= lr * dWc self.Uc -= lr * dUc self.bc -= lr * dbc self.Wo -= lr * dWo self.Uo -= lr * dUo self.bo -= lr * dbo self.Wy -= lr * dWy self.by -= lr * dby ``` 这个LSTM类实现了前向传播、反向传播和权重更新。其中,前向传播计算了各个门和状态的值,反向传播则计算了各个门和状态对损失函数的梯度,权重更新则根据梯度和学习率来更新权重和偏置。

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