改进transformer基本翻译模型代码

时间: 2023-12-03 09:40:54 浏览: 34
以下是改进后的Transformer基本翻译模型代码: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim import torch.nn.functional as F from torch.utils.data import Dataset, DataLoader class Transformer(nn.Module): def __init__(self, input_dim, output_dim, hid_dim, n_layers, n_heads, pf_dim, dropout, device): super().__init__() self.tok_embedding = nn.Embedding(input_dim, hid_dim) self.pos_embedding = nn.Embedding(1000, hid_dim) self.layers = nn.ModuleList([TransformerBlock(hid_dim, n_heads, pf_dim, dropout, device) for _ in range(n_layers)]) self.fc_out = nn.Linear(hid_dim, output_dim) self.dropout = nn.Dropout(dropout) self.scale = torch.sqrt(torch.FloatTensor([hid_dim])).to(device) def forward(self, src, trg, src_mask, trg_mask): # src = [batch size, src len] # trg = [batch size, trg len] # src_mask = [batch size, 1, 1, src len] # trg_mask = [batch size, 1, trg len, trg len] batch_size = trg.shape[0] trg_len = trg.shape[1] src_len = src.shape[1] pos = torch.arange(0, trg_len).unsqueeze(0).repeat(batch_size, 1).to(device) trg = self.dropout((self.tok_embedding(trg) * self.scale) + self.pos_embedding(pos)) pos = torch.arange(0, src_len).unsqueeze(0).repeat(batch_size, 1).to(device) src = self.dropout((self.tok_embedding(src) * self.scale) + self.pos_embedding(pos)) for layer in self.layers: trg, _ = layer(trg, src, trg_mask, src_mask) output = self.fc_out(trg) return output class TransformerBlock(nn.Module): def __init__(self, hid_dim, n_heads, pf_dim, dropout, device): super().__init__() self.self_attn_layer_norm = nn.LayerNorm(hid_dim) self.enc_attn_layer_norm = nn.LayerNorm(hid_dim) self.ff_layer_norm = nn.LayerNorm(hid_dim) self.self_attention = MultiHeadAttentionLayer(hid_dim, n_heads, dropout, device) self.encoder_attention = MultiHeadAttentionLayer(hid_dim, n_heads, dropout, device) self.positionwise_feedforward = PositionwiseFeedforwardLayer(hid_dim, pf_dim, dropout) self.dropout = nn.Dropout(dropout) def forward(self, trg, src, trg_mask, src_mask): # trg = [batch size, trg len, hid dim] # src = [batch size, src len, hid dim] # trg_mask = [batch size, 1, trg len, trg len] # src_mask = [batch size, 1, 1, src len] # self attention _trg, _ = self.self_attention(trg, trg, trg, trg_mask) trg = self.self_attn_layer_norm(trg + self.dropout(_trg)) # encoder attention _trg, attention = self.encoder_attention(trg, src, src, src_mask) trg = self.enc_attn_layer_norm(trg + self.dropout(_trg)) # positionwise feedforward _trg = self.positionwise_feedforward(trg) trg = self.ff_layer_norm(trg + self.dropout(_trg)) return trg, attention class MultiHeadAttentionLayer(nn.Module): def __init__(self, hid_dim, n_heads, dropout, device): super().__init__() assert hid_dim % n_heads == 0 self.hid_dim = hid_dim self.n_heads = n_heads self.head_dim = hid_dim // n_heads self.fc_q = nn.Linear(hid_dim, hid_dim) self.fc_k = nn.Linear(hid_dim, hid_dim) self.fc_v = nn.Linear(hid_dim, hid_dim) self.fc_o = nn.Linear(hid_dim, hid_dim) self.dropout = nn.Dropout(dropout) self.scale = torch.sqrt(torch.FloatTensor([self.head_dim])).to(device) def forward(self, query, key, value, mask = None): batch_size = query.shape[0] Q = self.fc_q(query) K = self.fc_k(key) V = self.fc_v(value) Q = Q.view(batch_size, -1, self.n_heads, self.head_dim).permute(0, 2, 1, 3) K = K.view(batch_size, -1, self.n_heads, self.head_dim).permute(0, 2, 1, 3) V = V.view(batch_size, -1, self.n_heads, self.head_dim).permute(0, 2, 1, 3) energy = torch.matmul(Q, K.permute(0, 1, 3, 2)) / self.scale if mask is not None: energy = energy.masked_fill(mask == 0, -1e10) attention = torch.softmax(energy, dim = -1) x = torch.matmul(self.dropout(attention), V) x = x.permute(0, 2, 1, 3).contiguous() x = x.view(batch_size, -1, self.hid_dim) x = self.fc_o(x) return x, attention class PositionwiseFeedforwardLayer(nn.Module): def __init__(self, hid_dim, pf_dim, dropout): super().__init__() self.fc_1 = nn.Linear(hid_dim, pf_dim) self.fc_2 = nn.Linear(pf_dim, hid_dim) self.dropout = nn.Dropout(dropout) def forward(self, x): # x = [batch size, seq len, hid dim] x = self.dropout(torch.relu(self.fc_1(x))) x = self.fc_2(x) # x = [batch size, seq len, hid dim] return x class TranslationDataset(Dataset): def __init__(self, src_sentences, trg_sentences, src_vocab, trg_vocab): self.src_sentences = src_sentences self.trg_sentences = trg_sentences self.src_vocab = src_vocab self.trg_vocab = trg_vocab def __len__(self): return len(self.src_sentences) def __getitem__(self, idx): src_sentence = self.src_sentences[idx] trg_sentence = self.trg_sentences[idx] src_indexes = [self.src_vocab.stoi["<sos>"]] + [self.src_vocab.stoi[word] for word in src_sentence] + [self.src_vocab.stoi["<eos>"]] trg_indexes = [self.trg_vocab.stoi["<sos>"]] + [self.trg_vocab.stoi[word] for word in trg_sentence] + [self.trg_vocab.stoi["<eos>"]] return {"src": src_indexes, "trg": trg_indexes} def train(model, iterator, optimizer, criterion, clip): model.train() epoch_loss = 0 for i, batch in enumerate(iterator): src = batch["src"] trg = batch["trg"] src_mask = (src != SRC.vocab.stoi["<pad>"]).unsqueeze(1).unsqueeze(2) trg_mask = (trg != TRG.vocab.stoi["<pad>"]).unsqueeze(1).unsqueeze(3) trg_len = trg.shape[1] trg_pad_mask = torch.ones((batch_size, 1, trg_len, trg_len), device = device) trg_pad_mask = trg_pad_mask & trg_mask optimizer.zero_grad() output = model(src, trg[:,:-1], src_mask, trg_pad_mask[:,:-1,:-1,:]) output_dim = output.shape[-1] output = output.contiguous().view(-1, output_dim) trg = trg[:,1:].contiguous().view(-1) loss = criterion(output, trg) loss.backward() torch.nn.utils.clip_grad_norm_(model.parameters(), clip) optimizer.step() epoch_loss += loss.item() return epoch_loss / len(iterator) def evaluate(model, iterator, criterion): model.eval() epoch_loss = 0 with torch.no_grad(): for i, batch in enumerate(iterator): src = batch["src"] trg = batch["trg"] src_mask = (src != SRC.vocab.stoi["<pad>"]).unsqueeze(1).unsqueeze(2) trg_mask = (trg != TRG.vocab.stoi["<pad>"]).unsqueeze(1).unsqueeze(3) trg_len = trg.shape[1] trg_pad_mask = torch.ones((batch_size, 1, trg_len, trg_len), device = device) trg_pad_mask = trg_pad_mask & trg_mask output = model(src, trg[:,:-1], src_mask, trg_pad_mask[:,:-1,:-1,:]) output_dim = output.shape[-1] output = output.contiguous().view(-1, output_dim) trg = trg[:,1:].contiguous().view(-1) loss = criterion(output, trg) epoch_loss += loss.item() return epoch_loss / len(iterator) def translate_sentence(sentence, src_field, trg_field, model, device, max_len = 50): model.eval() if isinstance(sentence, str): nlp = spacy.load("en_core_web_sm") tokens = [token.text.lower() for token in nlp(sentence)] else: tokens = [token.lower() for token in sentence] tokens = [src_field.init_token] + tokens + [src_field.eos_token] src_indexes = [src_field.vocab.stoi[token] for token in tokens] src_tensor = torch.LongTensor(src_indexes).unsqueeze(0).to(device) src_mask = (src_tensor != src_field.vocab.stoi["<pad>"]).unsqueeze(1).unsqueeze(2) with torch.no_grad(): enc_src = model.tok_embedding(src_tensor) * model.scale enc_src += model.pos_embedding(torch.arange(0, src_tensor.shape[1]).unsqueeze(0).to(device)) for layer in model.layers: enc_src, _ = layer(enc_src, enc_src, src_mask, src_mask) trg_indexes = [trg_field.vocab.stoi[trg_field.init_token]] for i in range(max_len): trg_tensor = torch.LongTensor([trg_indexes[-1]]).unsqueeze(0).to(device) trg_mask = (trg_tensor != trg_field.vocab.stoi["<pad>"]).unsqueeze(1).unsqueeze(2) with torch.no_grad(): output, attention = model(enc_src, trg_tensor, src_mask, trg_mask) pred_token = output.argmax(2)[:,-1].item() trg_indexes.append(pred_token) if pred_token == trg_field.vocab.stoi[trg_field.eos_token]: break trg_tokens = [trg_field.vocab.itos[i] for i in trg_indexes] return trg_tokens[1:], attention # 定义超参数 INPUT_DIM = len(SRC.vocab) OUTPUT_DIM = len(TRG.vocab) HID_DIM = 256 N_LAYERS = 3 N_HEADS = 8 PF_DIM = 512 DROPOUT = 0.1 BATCH_SIZE = 128 CLIP = 1 # 初始化模型 device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu') model = Transformer(INPUT_DIM, OUTPUT_DIM, HID_DIM, N_LAYERS, N_HEADS, PF_DIM, DROPOUT, device).to(device) # 定义优化器和损失函数 optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.0005) criterion = nn.CrossEntropyLoss(ignore_index = TRG.vocab.stoi["<pad>"]) # 定义训练和验证数据集 train_dataset = TranslationDataset(train_src_sentences, train_trg_sentences, SRC.vocab, TRG.vocab) valid_dataset = TranslationDataset(valid_src_sentences, valid_trg_sentences, SRC.vocab, TRG.vocab) # 定义训练和验证数据集的迭代器 train_iterator = DataLoader(train_dataset, batch_size=BATCH_SIZE, shuffle=True) valid_iterator = DataLoader(valid_dataset, batch_size=BATCH_SIZE, shuffle=True) # 训练模型 N_EPOCHS = 10 CLIP = 1 best_valid_loss = float('inf') for epoch in range(N_EPOCHS): train_loss = train(model, train_iterator, optimizer, criterion, CLIP) valid_loss = evaluate(model, valid_iterator, criterion) if valid_loss < best_valid_loss: best_valid_loss = valid_loss torch.save(model.state_dict(), 'tut6-model.pt') print(f'Epoch: {epoch+1:02} | Train Loss: {train_loss:.3f} | Val. Loss: {valid_loss:.3f}') # 测试模型 model.load_state_dict(torch.load('tut6-model.pt')) test_dataset = TranslationDataset(test_src_sentences, test_trg_sentences, SRC.vocab, TRG.vocab) test_iterator = DataLoader(test_dataset, batch_size=BATCH_SIZE, shuffle=True) test_loss = evaluate(model, test_iterator, criterion) print(f'| Test Loss: {test_loss:.3f}') # 翻译句子 example_idx = 12 src_sentence = ' '.join(test_src_sentences[example_idx]) trg_sentence = ' '.join(test_trg_sentences[example_idx]) translation, attention = translate_sentence(src_sentence, SRC, TRG, model, device) print(f'src = {src_sentence}') print(f'trg = {trg_sentence}') print(f'predicted trg = {translation}') # 相关问题: --相关问题--:

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