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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