一维堆叠降噪自编码器与一维som结合代码keras

时间: 2024-01-19 13:03:00 浏览: 81
以下是一维堆叠降噪自编码器与一维SOM结合的Keras代码示例: ```python from keras.layers import Input, Dense, Dropout, Conv1D, MaxPooling1D, UpSampling1D, Reshape, Flatten from keras.models import Model from keras import backend as K import numpy as np # 自定义Keras层,实现SOM class SOMLayer(object): def __init__(self, output_dim, beta=1.0, **kwargs): self.output_dim = output_dim self.beta = beta super(SOMLayer, self).__init__(**kwargs) def build(self, input_shape): self.input_dim = input_shape[-1] self.codebook = K.variable(np.random.randn(self.output_dim, self.input_dim)) super(SOMLayer, self).build(input_shape) def call(self, x): # 计算输入向量和所有码字之间的距离 x = K.expand_dims(x, axis=1) dists = K.sum(K.square(x - self.codebook), axis=-1) # 计算获胜节点的索引 winner = K.argmin(dists, axis=-1) # 计算获胜节点的邻居节点 sigma = K.cast(K.shape(self.codebook)[0], dtype='float32') / 2.0 winner_coords = K.stack([winner // self.output_dim, winner % self.output_dim]) distances_from_winner = K.sum(K.square(K.cast(K.stack([ K.arange(0, self.output_dim), K.arange(0, self.output_dim)], axis=0), dtype='float32') - K.expand_dims(winner_coords, axis=-1)), axis=0) neighbours = K.exp(- distances_from_winner / (2 * sigma ** 2)) # 更新码字向量 lr = self.beta delta = lr * K.expand_dims(neighbours, axis=-1) * (x - self.codebook) self.updates = [K.update_add(self.codebook, delta)] return winner def compute_output_shape(self, input_shape): return (input_shape[0],) # 堆叠自编码器模型 def stacked_autoencoder(input_dim, encoding_dim, hidden_dims): # 编码器 input_layer = Input(shape=(input_dim,)) encoded = input_layer for h_dim in hidden_dims: encoded = Dense(h_dim, activation='relu')(encoded) encoded = Dense(encoding_dim, activation='relu')(encoded) # 解码器 decoded = encoded for h_dim in reversed(hidden_dims): decoded = Dense(h_dim, activation='relu')(decoded) decoded = Dense(input_dim, activation='linear')(decoded) # 堆叠自编码器模型 autoencoder = Model(inputs=input_layer, outputs=decoded) encoder = Model(inputs=input_layer, outputs=encoded) return autoencoder, encoder # 一维堆叠降噪自编码器与一维SOM结合模型 def som_stacked_autoencoder(input_dim, encoding_dim, hidden_dims, som_output_dim): # 堆叠自编码器模型 autoencoder, encoder = stacked_autoencoder(input_dim, encoding_dim, hidden_dims) # SOM层 input_layer = Input(shape=(encoding_dim,)) som_layer = SOMLayer(som_output_dim)(input_layer) som_encoder = Model(inputs=input_layer, outputs=som_layer) # 合并自编码器和SOM input_layer = Input(shape=(input_dim,)) encoded = encoder(input_layer) som_output = som_encoder(encoded) autoencoder_with_som = Model(inputs=input_layer, outputs=[autoencoder(input_layer), som_output]) return autoencoder_with_som ``` 在上述代码中,我们首先定义了一个自定义Keras层,实现了SOM功能。然后,我们定义了一个堆叠自编码器模型,该模型由多个Dense层组成。接下来,我们定义了一个将自编码器和SOM结合起来的模型。在这个模型中,我们将自编码器的编码层的输出作为SOM层的输入,并将SOM层的输出连接到自编码器的输出中。 最后,我们可以使用以下代码训练模型: ```python # 加载数据 x_train = ... x_test = ... # 构建模型 ae_som = som_stacked_autoencoder(input_dim=x_train.shape[1], encoding_dim=64, hidden_dims=[128, 256, 512], som_output_dim=10) ae_som.compile(optimizer='adam', loss=['mse', 'sparse_categorical_crossentropy'], loss_weights=[0.5, 0.5]) # 训练模型 ae_som.fit(x_train, [x_train, np.zeros((x_train.shape[0],))], epochs=100, batch_size=128, shuffle=True, validation_data=(x_test, [x_test, np.zeros((x_test.shape[0],))])) ``` 在训练模型时,我们需要将SOM层的输出设置为零,因为我们只关心自编码器的重构损失和SOM层的输出。
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