informer完整代码

时间: 2023-09-12 16:02:49 浏览: 162
Informer是一种用于时间序列预测的神经网络模型,其主要特点是使用了Transformer架构。以下是Informer的完整代码实现。 首先,我们需要导入所需的库: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.nn.functional as F import math ``` 接下来,我们定义Informer的主体模型类: ```python class Informer(nn.Module): def __init__(self, enc_in, dec_in, c_out=1, seq_len=96, label_len=48, attn='prob', embed='fixed', freq='h', d_model=512, n_heads=8, e_layers=2, d_layers=1, d_ff=2048, factor=5, activation='gelu', dropout=0.05, attn_dropout=0.0, embed_dropout=0.0): super(Informer, self).__init__() # Encoder and Decoder Input Embeddings self.embed_in = nn.Linear(enc_in, d_model) self.embed_out = nn.Linear(dec_in, d_model) # Positional Encoding self.pos_enc = PositionalEncoding(d_model, seq_len) # Encoder and Decoder Stacks self.encoder = Encoder(d_model, n_heads, e_layers, d_ff, attn, dropout, attn_dropout, activation) self.decoder = Decoder(d_model, n_heads, d_layers, d_ff, attn, dropout, attn_dropout, activation, factor) # Prediction Head self.prediction_head = PredictionHead(label_len, c_out, d_model, freq, embed, dropout, embed_dropout) def forward(self, x_enc, x_dec, x_mask=None, x_dec_mask=None, x_pos=None, x_dec_pos=None): # Input Embedding enc_inp = self.embed_in(x_enc) dec_inp = self.embed_out(x_dec) # Positional Encoding enc_inp = self.pos_enc(enc_inp, x_pos) dec_inp = self.pos_enc(dec_inp, x_dec_pos) # Encoder enc_out = self.encoder(enc_inp, x_mask) # Decoder dec_out = self.decoder(dec_inp, enc_out, x_mask, x_dec_mask) # Prediction Head pred = self.prediction_head(dec_out) return pred ``` 其中,`enc_in`是Encoder输入的维度,`dec_in`是Decoder输入的维度,`c_out`是输出的维度,`seq_len`是序列长度,`label_len`是预测的长度,`attn`是Attention机制的类型,`embed`是Embedding的类型,`freq`是时间序列的采样频率,`d_model`是Transformer中的Hidden Size,`n_heads`是Multi-Head Attention中的Head数,`e_layers`是Encoder中的Encoder Layer数,`d_layers`是Decoder中的Decoder Layer数,`d_ff`是Feed Forward网络的维度,`factor`是Decoder中的Attention Mask的因子,`activation`是激活函数,`dropout`是Dropout概率,`attn_dropout`是Attention Dropout概率,`embed_dropout`是Embedding Dropout概率。 我们还需要定义Positional Encoding的类: ```python class PositionalEncoding(nn.Module): def __init__(self, d_model, seq_len): super(PositionalEncoding, self).__init__() pe = torch.zeros(seq_len, d_model) position = torch.arange(0, seq_len, dtype=torch.float).unsqueeze(1) div_term = torch.exp(torch.arange(0, d_model, 2).float() * (-math.log(10000.0) / d_model)) pe[:, 0::2] = torch.sin(position * div_term) pe[:, 1::2] = torch.cos(position * div_term) pe = pe.unsqueeze(0) self.register_buffer('pe', pe) def forward(self, x, pos): x = x + self.pe[:, pos, :] return x ``` 其中,`d_model`是Transformer中的Hidden Size,`seq_len`是序列长度。 接下来,我们定义Encoder和Decoder的类: ```python class Encoder(nn.Module): def __init__(self, d_model, n_heads, e_layers, d_ff, attn='prob', dropout=0.05, attn_dropout=0.0, activation='gelu'): super(Encoder, self).__init__() self.layers = nn.ModuleList([EncoderLayer(d_model, n_heads, d_ff, attn, dropout, attn_dropout, activation) for i in range(e_layers)]) self.norm = nn.LayerNorm(d_model) def forward(self, x, mask=None): for layer in self.layers: x = layer(x, mask) x = self.norm(x) return x class Decoder(nn.Module): def __init__(self, d_model, n_heads, d_layers, d_ff, attn='prob', dropout=0.05, attn_dropout=0.0, activation='gelu', factor=5): super(Decoder, self).__init__() self.layers = nn.ModuleList([DecoderLayer(d_model, n_heads, d_ff, attn, dropout, attn_dropout, activation, factor) for i in range(d_layers)]) self.norm = nn.LayerNorm(d_model) def forward(self, x, enc_out, mask=None, dec_mask=None): for layer in self.layers: x = layer(x, enc_out, mask, dec_mask) x = self.norm(x) return x ``` 其中,`d_model`是Transformer中的Hidden Size,`n_heads`是Multi-Head Attention中的Head数,`e_layers`是Encoder中的Encoder Layer数,`d_layers`是Decoder中的Decoder Layer数,`d_ff`是Feed Forward网络的维度,`attn`是Attention机制的类型,`dropout`是Dropout概率,`attn_dropout`是Attention Dropout概率,`activation`是激活函数,`factor`是Decoder中的Attention Mask的因子。 接下来,我们定义Encoder Layer和Decoder Layer的类: ```python class EncoderLayer(nn.Module): def __init__(self, d_model, n_heads, d_ff, attn='prob', dropout=0.05, attn_dropout=0.0, activation='gelu'): super(EncoderLayer, self).__init__() self.self_attn = MultiHeadAttention(d_model, n_heads, attn, dropout, attn_dropout) self.feed_forward = FeedForward(d_model, d_ff, activation, dropout) self.norm1 = nn.LayerNorm(d_model) self.norm2 = nn.LayerNorm(d_model) self.dropout = nn.Dropout(dropout) def forward(self, x, mask=None): x = x + self.dropout(self.self_attn(x, x, x, mask)) x = self.norm1(x) x = x + self.dropout(self.feed_forward(x)) x = self.norm2(x) return x class DecoderLayer(nn.Module): def __init__(self, d_model, n_heads, d_ff, attn='prob', dropout=0.05, attn_dropout=0.0, activation='gelu', factor=5): super(DecoderLayer, self).__init__() self.self_attn = MultiHeadAttention(d_model, n_heads, attn, dropout, attn_dropout) self.enc_dec_attn = MultiHeadAttention(d_model, n_heads, attn, dropout, attn_dropout) self.feed_forward = FeedForward(d_model, d_ff, activation, dropout) self.norm1 = nn.LayerNorm(d_model) self.norm2 = nn.LayerNorm(d_model) self.norm3 = nn.LayerNorm(d_model) self.dropout = nn.Dropout(dropout) self.factor = factor def forward(self, x, enc_out, mask=None, dec_mask=None): x = x + self.dropout(self.self_attn(x, x, x, dec_mask)) x = self.norm1(x) x = x + self.dropout(self.enc_dec_attn(x, enc_out, enc_out, mask)) x = self.norm2(x) x = x + self.dropout(self.feed_forward(x)) x = self.norm3(x) return x ``` 其中,`d_model`是Transformer中的Hidden Size,`n_heads`是Multi-Head Attention中的Head数,`d_ff`是Feed Forward网络的维度,`attn`是Attention机制的类型,`dropout`是Dropout概率,`attn_dropout`是Attention Dropout概率,`activation`是激活函数,`factor`是Decoder中的Attention Mask的因子。 接下来,我们定义Multi-Head Attention、Feed Forward和Prediction Head的类: ```python class MultiHeadAttention(nn.Module): def __init__(self, d_model, n_heads, attn='prob', dropout=0.05, attn_dropout=0.0): super(MultiHeadAttention, self).__init__() self.n_heads = n_heads self.d_head = d_model // n_heads self.qkv = nn.Linear(d_model, 3*d_model) self.attn = Attention(attn, dropout, attn_dropout) self.proj = nn.Linear(d_model, d_model) self.dropout = nn.Dropout(dropout) def forward(self, query, key, value, mask=None): batch_size = query.size(0) qkv = self.qkv(query).view(batch_size, -1, self.n_heads, self.d_head*3).transpose(1, 2) q, k, v = qkv.chunk(3, dim=-1) q = q.view(batch_size*self.n_heads, -1, self.d_head) k = k.view(batch_size*self.n_heads, -1, self.d_head) v = v.view(batch_size*self.n_heads, -1, self.d_head) if mask is not None: mask = mask.unsqueeze(1).repeat(1, self.n_heads, 1, 1).view(batch_size*self.n_heads, 1, -1, query.size(-2)) out = self.attn(q, k, v, mask) out = out.view(batch_size, self.n_heads, -1, self.d_head).transpose(1, 2).contiguous().view(batch_size, -1, self.n_heads*self.d_head) out = self.proj(out) out = self.dropout(out) return out class Attention(nn.Module): def __init__(self, attn='prob', dropout=0.05, attn_dropout=0.0): super(Attention, self).__init__() self.attn = attn self.dropout = nn.Dropout(attn_dropout) if self.attn == 'prob': self.softmax = nn.Softmax(dim=-1) elif self.attn == 'full': self.softmax = nn.Softmax(dim=-1) def forward(self, q, k, v, mask=None): attn = torch.matmul(q, k.transpose(-2, -1)) if mask is not None: attn = attn.masked_fill(mask == 0, -1e9) attn = self.softmax(attn) attn = self.dropout(attn) out = torch.matmul(attn, v) return out class FeedForward(nn.Module): def __init__(self, d_model, d_ff, activation='gelu', dropout=0.05): super(FeedForward, self).__init__() self.linear1 = nn.Linear(d_model, d_ff) self.activation = getattr(nn, activation)() self.dropout = nn.Dropout(dropout) self.linear2 = nn.Linear(d_ff, d_model) def forward(self, x): x = self.linear1(x) x = self.activation(x) x = self.dropout(x) x = self.linear2(x) return x class PredictionHead(nn.Module): def __init__(self, label_len, c_out, d_model, freq='h', embed='fixed', dropout=0.05, embed_dropout=0.0): super(PredictionHead, self).__init__() self.label_len = label_len self.c_out = c_out self.freq = freq if embed == 'fixed': self.embed = nn.Linear(1, d_model) elif embed == 'learned': self.embed = nn.Parameter(torch.randn(label_len, d_model)) self.dropout = nn.Dropout(embed_dropout) self.proj = nn.Linear(d_model, c_out) def forward(self, x): x = x[:, -self.label_len:, :] if self.freq == 'h': x = x[:, ::int(24/self.label_len), :] if hasattr(self, 'embed'): x = self.embed(x) x = self.dropout(x) x = self.proj(x) return x ``` 其中,`d_model`是Transformer中的Hidden Size,`n_heads`是Multi-Head Attention中的Head数,`attn`是Attention机制的类型,`dropout`是Dropout概率,`attn_dropout`是Attention Dropout概率,`activation`是激活函数,`label_len`是预测的长度,`c_out`是输出的维度,`freq`是时间序列的采样频率,`embed`是Embedding的类型,`embed_dropout`是Embedding Dropout概率。 现在,我们已经定义了Informer的完整代码实现。
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