用numpy写一个W-RNN 模型,其中 x 为输入,a、b 为隐藏层, o 为输出,U、V、W、R、T、Q、𝑠1、𝑠2、𝑠3为模型参数, 𝑓1,𝑓2为激活函数(选择 Sigmoid),𝑓3可选用 softmax 函数
时间: 2023-07-10 10:37:34 浏览: 88
下面是使用numpy实现上述W-RNN模型的代码:
```python
import numpy as np
# 定义激活函数
def sigmoid(x):
return 1 / (1 + np.exp(-x))
def softmax(x):
exp_x = np.exp(x - np.max(x))
return exp_x / np.sum(exp_x)
# 定义W-RNN模型
class W_RNN:
def __init__(self, input_dim, hidden_dim, output_dim):
# 初始化参数
self.U = np.random.randn(input_dim, hidden_dim) * 0.01
self.V = np.random.randn(hidden_dim, output_dim) * 0.01
self.W = np.random.randn(hidden_dim, hidden_dim) * 0.01
self.R = np.random.randn(hidden_dim, hidden_dim) * 0.01
self.T = np.random.randn(hidden_dim, hidden_dim) * 0.01
self.Q = np.random.randn(hidden_dim, hidden_dim) * 0.01
self.s1 = np.zeros((1, hidden_dim))
self.s2 = np.zeros((1, hidden_dim))
self.s3 = np.zeros((1, hidden_dim))
def forward(self, X):
# 初始化隐藏状态
h = np.zeros((X.shape[0], self.W.shape[0]))
# 初始化加权系数矩阵
A = np.zeros((X.shape[0], self.W.shape[0]))
for t in range(X.shape[0]):
# 计算加权系数
a1 = np.dot(X[t], self.U) + np.dot(h[t-1], self.W) + np.dot(self.s1, self.R)
a2 = np.dot(h[t-1], self.T) + np.dot(self.s2, self.Q)
a3 = np.dot(self.s3, self.R)
A[t] = sigmoid(a1 + a2 + a3)
# 计算隐藏状态
h[t] = np.tanh(np.dot(A[t]*h[t-1], self.W))
# 计算输出结果
y = softmax(np.dot(h[-1], self.V))
return A, h, y
def backward(self, X, Y, A, h, learning_rate=0.1):
# 初始化梯度
dU = np.zeros_like(self.U)
dV = np.zeros_like(self.V)
dW = np.zeros_like(self.W)
dR = np.zeros_like(self.R)
dT = np.zeros_like(self.T)
dQ = np.zeros_like(self.Q)
ds1 = np.zeros_like(self.s1)
ds2 = np.zeros_like(self.s2)
ds3 = np.zeros_like(self.s3)
dh_next = np.zeros_like(h[0])
dA_next = np.zeros_like(A[0])
for t in reversed(range(X.shape[0])):
# 计算输出误差
dy = Y - h[-1].dot(self.V)
# 计算隐藏状态误差
dh = dh_next + dy.dot(self.V.T) * (1 - np.power(np.tanh(h[-1]), 2))
# 计算加权系数误差
da1 = (dh.dot(self.W.T) + dA_next) * h[t-1] * (1 - h[t-1]) * A[t] * (1 - A[t])
da2 = (dh.dot(self.W.T) + dA_next) * A[t] * (1 - A[t])
da3 = (dh.dot(self.W.T) + dA_next) * self.s1 * (1 - self.s1)
# 更新梯度
dU += X[t].T.dot(da1)
dW += h[t-1].T.dot(da1)
dR += self.s1.T.dot(da1)
dT += h[t-1].T.dot(da2)
dQ += self.s2.T.dot(da2)
dR += self.s3.T.dot(da3)
dV += h[-1].T.dot(dy)
ds1 += da1.dot(self.R.T)
ds2 += da2.dot(self.Q.T)
ds3 += da3.dot(self.R.T)
# 计算前一时间步的误差
dh_next = da1.dot(self.W.T)
dA_next = da1.dot(h[t-1].T)
# 更新参数
self.U += learning_rate * dU
self.V += learning_rate * dV
self.W += learning_rate * dW
self.R += learning_rate * dR
self.T += learning_rate * dT
self.Q += learning_rate * dQ
self.s1 += learning_rate * ds1
self.s2 += learning_rate * ds2
self.s3 += learning_rate * ds3
```
以上代码实现了一个具有三个加权系数的基本W-RNN模型,其中包括了前向传播和反向传播两个部分,激活函数选择了sigmoid和softmax函数。需要注意的是,以上代码只是一个简单的实现,实际应用中可能需要进行更多的优化和改进。
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