自己手动实现lstm多变量预测python源码
时间: 2023-09-08 15:03:42 浏览: 111
lstm-多变量-单时间步(多时间滚动预测)多输入多输出SVM,可以直接运行
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以下是一个使用Python手动实现LSTM多变量预测的基本源代码:
```
import numpy as np
# 定义LSTM类
class LSTM:
def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size):
self.input_size = input_size
self.hidden_size = hidden_size
self.output_size = output_size
# 初始化权重和偏置
self.Wf = np.random.randn(hidden_size, input_size + hidden_size)
self.Wi = np.random.randn(hidden_size, input_size + hidden_size)
self.Wo = np.random.randn(hidden_size, input_size + hidden_size)
self.Wc = np.random.randn(hidden_size, input_size + hidden_size)
self.Wy = np.random.randn(output_size, hidden_size)
self.bf = np.zeros((hidden_size, 1))
self.bi = np.zeros((hidden_size, 1))
self.bo = np.zeros((hidden_size, 1))
self.bc = np.zeros((hidden_size, 1))
self.by = np.zeros((output_size, 1))
# 定义激活函数
def sigmoid(self, x):
return 1 / (1 + np.exp(-x))
def tanh(self, x):
return np.tanh(x)
# 定义前向传播函数
def forward(self, xt, ht_minus_one, ct_minus_one):
self.concat = np.vstack((ht_minus_one, xt))
ft = self.sigmoid(np.dot(self.Wf, self.concat) + self.bf)
it = self.sigmoid(np.dot(self.Wi, self.concat) + self.bi)
ot = self.sigmoid(np.dot(self.Wo, self.concat) + self.bo)
ctilde_t = self.tanh(np.dot(self.Wc, self.concat) + self.bc)
ct = ft * ct_minus_one + it * ctilde_t
ht = ot * self.tanh(ct)
yt = np.dot(self.Wy, ht) + self.by
return yt, ht, ct
def train(self, X, y, lr=0.01, epochs=100):
for epoch in range(epochs):
for i in range(len(X)):
xt = X[i]
yt = y[i]
yt_pred, ht, ct = self.forward(xt, ht_minus_one, ct_minus_one)
# 计算梯度
dWy = np.dot((yt_pred - yt), ht)
dby = yt_pred - yt
delta = np.dot(self.Wy.T, yt_pred - yt) * (1 - ht**2)
dWo = delta * self.sigmoid(np.dot(self.Wo, self.concat) + self.bo) * (1 - self.sigmoid(np.dot(self.Wo, self.concat) + self.bo))
dWi = delta * self.sigmoid(np.dot(self.Wi, self.concat) + self.bi) * (1 - self.sigmoid(np.dot(self.Wi, self.concat) + self.bi))
dWf = delta * self.sigmoid(np.dot(self.Wf, self.concat) + self.bf) * (1 - self.sigmoid(np.dot(self.Wf, self.concat) + self.bf))
dWc = delta * (1 - ctilde_t**2) * self.sigmoid(np.dot(self.Wc, self.concat) + self.bc) * (1 - self.sigmoid(np.dot(self.Wc, self.concat) + self.bc))
# 更新权重和偏置
self.Wy -= lr * dWy
self.by -= lr * dby
self.Wo -= lr * dWo
self.bo -= lr * dby
self.Wi -= lr * dWi
self.bi -= lr * dby
self.Wf -= lr * dWf
self.bf -= lr * dby
self.Wc -= lr * dWc
self.bc -= lr * dby
# 定义输入和输出数据
X = np.array([[0, 0], [0, 1], [1, 0], [1, 1]])
y = np.array([[0], [1], [1], [0]])
# 初始化LSTM模型
lstm = LSTM(2, 4, 1)
# 训练模型
lstm.train(X, y)
# 进行预测
for i in range(len(X)):
xt = X[i]
yt_pred, _, _ = lstm.forward(xt, ht_minus_one, ct_minus_one)
print(f"Input: {xt}, Predicted Output: {yt_pred}")
```
这是一个简单的LSTM模型,用于进行逻辑异或运算的预测。输入数据`X`是一个4x2的数组,输出数据`y`是一个4x1的数组。模型使用一个4维的隐藏状态并输出一个预测值。以上代码只是一个基本的框架,可以根据需要进行进一步的优化和改进。
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