CNN-LSTM-HMM语音识别代码

时间: 2023-10-26 11:05:36 浏览: 44
以下是一个基于CNN-LSTM-HMM的语音识别代码: ``` import numpy as np import tensorflow as tf from tensorflow.contrib.rnn import LSTMCell from tensorflow.contrib.rnn import DropoutWrapper from tensorflow.contrib.rnn import MultiRNNCell from tensorflow.contrib import cudnn_rnn from tensorflow.contrib import layers # 定义CNN网络 def cnn(inputs): # 第一层卷积 conv1 = layers.conv2d(inputs, 64, [3, 3], activation_fn=tf.nn.relu, padding='SAME') # 第二层卷积 conv2 = layers.conv2d(conv1, 64, [3, 3], activation_fn=tf.nn.relu, padding='SAME') # 第一层池化 pool1 = layers.max_pool2d(conv2, [2, 2], stride=[2, 2], padding='SAME') # 第三层卷积 conv3 = layers.conv2d(pool1, 128, [3, 3], activation_fn=tf.nn.relu, padding='SAME') # 第四层卷积 conv4 = layers.conv2d(conv3, 128, [3, 3], activation_fn=tf.nn.relu, padding='SAME') # 第二层池化 pool2 = layers.max_pool2d(conv4, [2, 2], stride=[2, 2], padding='SAME') # 将CNN输出转化为LSTM的输入格式 cnn_output = layers.flatten(pool2) cnn_output = layers.fully_connected(cnn_output, 1024, activation_fn=None) return cnn_output # 定义LSTM网络 def lstm(inputs, seq_length, num_layers, num_units, keep_prob): # 创建LSTM cell def lstm_cell(num_units): cell = LSTMCell(num_units, state_is_tuple=True) cell = DropoutWrapper(cell, output_keep_prob=keep_prob) return cell # 创建多层LSTM cell cell = MultiRNNCell([lstm_cell(num_units) for _ in range(num_layers)], state_is_tuple=True) # 初始化LSTM状态 initial_state = cell.zero_state(tf.shape(inputs)[0], tf.float32) # 运行LSTM outputs, _ = tf.nn.dynamic_rnn(cell, inputs, sequence_length=seq_length, initial_state=initial_state, dtype=tf.float32) return outputs # 定义HMM网络 def hmm(inputs, num_hidden_states): # 创建HMM模型 transition_probs = tf.get_variable("transition_probs", [num_hidden_states, num_hidden_states], initializer=tf.random_uniform_initializer()) emission_probs = tf.get_variable("emission_probs", [num_hidden_states, inputs.shape[-1]], initializer=tf.random_uniform_initializer()) start_probs = tf.get_variable("start_probs", [num_hidden_states], initializer=tf.random_uniform_initializer()) end_probs = tf.get_variable("end_probs", [num_hidden_states], initializer=tf.random_uniform_initializer()) # 使用前向算法计算HMM的输出概率 log_likelihood, _ = tf.contrib.crf.crf_log_likelihood(inputs, transition_probs, start_probs, end_probs, emission_probs, sequence_lengths=None) return log_likelihood # 定义模型 def model(inputs, labels, seq_length, num_layers, num_units, keep_prob, num_hidden_states): # 定义网络结构 cnn_output = cnn(inputs) lstm_output = lstm(cnn_output, seq_length, num_layers, num_units, keep_prob) hmm_output = hmm(lstm_output, num_hidden_states) # 定义损失函数和优化器 loss = tf.reduce_mean(-hmm_output) optimizer = tf.train.AdamOptimizer().minimize(loss) # 定义评价指标 preds = tf.contrib.crf.viterbi_decode(lstm_output, transition_params=None, sequence_length=seq_length)[0] accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(tf.equal(preds, labels), tf.float32)) return loss, optimizer, accuracy # 训练模型 def train(X, y, seq_length, num_layers, num_units, keep_prob, num_hidden_states, batch_size=128, num_epochs=10): # 创建计算图 graph = tf.Graph() with graph.as_default(): # 定义输入 inputs = tf.placeholder(tf.float32, shape=[None, None, None, 1]) labels = tf.placeholder(tf.int32, shape=[None, None]) seq_length = tf.placeholder(tf.int32, shape=[None]) # 定义模型 loss, optimizer, accuracy = model(inputs, labels, seq_length, num_layers, num_units, keep_prob, num_hidden_states) # 开始训练 with tf.Session() as sess: sess.run(tf.global_variables_initializer()) for epoch in range(num_epochs): epoch_loss = 0 epoch_accuracy = 0 for i in range(0, len(X), batch_size): X_batch = X[i:i+batch_size] y_batch = y[i:i+batch_size] seq_length_batch = seq_length[i:i+batch_size] feed_dict = {inputs: X_batch, labels: y_batch, seq_length: seq_length_batch} _, batch_loss, batch_accuracy = sess.run([optimizer, loss, accuracy], feed_dict=feed_dict) epoch_loss += batch_loss epoch_accuracy += batch_accuracy epoch_loss /= len(X) // batch_size epoch_accuracy /= len(X) // batch_size print("Epoch", epoch+1, "Loss:", epoch_loss, "Accuracy:", epoch_accuracy) ``` 这个代码实现了一个基于CNN-LSTM-HMM的语音识别模型,使用TensorFlow实现。其中,CNN网络用于提取语音信号的特征,LSTM网络用于将其转化为序列数据,并进行分类,HMM网络用于对LSTM的输出进行建模,从而得到最终的识别结果。在训练时,使用Adam优化器进行优化,同时使用交叉熵作为损失函数,使用准确率作为评价指标。

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好的,根据上面的目标函数,我们可以推导出其对应的梯度向量函数,如下所示: def gradient(x, y, beta): """ Compute gradient of the logistic regression loss function :param beta: model parameter vector :param x: feature matrix :param y: label vector :return: gradient vector """ n = x.shape[0] pred = 1 /
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