使用theano实现3DCNN的非监督学习

时间: 2024-05-13 10:16:08 浏览: 131
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couscous:使用Theano进行表示学习的暹罗神经网络

实现3DCNN的非监督学习,可以使用自编码器(Autoencoder)来实现。自编码器是一种无监督学习算法,可以用于特征提取和数据降维。 以下是使用Theano实现3DCNN自编码器的示例代码: ```python import theano import theano.tensor as T import numpy as np class ConvLayer(object): def __init__(self, rng, input_shape, filter_shape, poolsize=(2, 2)): fan_in = np.prod(filter_shape[1:]) fan_out = (filter_shape[0] * np.prod(filter_shape[2:]) / np.prod(poolsize)) w_bound = np.sqrt(6. / (fan_in + fan_out)) self.W = theano.shared( np.asarray( rng.uniform(low=-w_bound, high=w_bound, size=filter_shape), dtype=theano.config.floatX ), borrow=True ) b_values = np.zeros((filter_shape[0],), dtype=theano.config.floatX) self.b = theano.shared(value=b_values, borrow=True) self.input = T.dtensor5('input') conv_out = T.nnet.conv3d( input=self.input, filters=self.W, filter_shape=filter_shape, input_shape=input_shape ) pooled_out = T.signal.pool.pool_3d( input=conv_out, ws=poolsize, ignore_border=True ) self.output = T.tanh(pooled_out + self.b.dimshuffle('x', 0, 'x', 'x', 'x')) self.params = [self.W, self.b] class DeconvLayer(object): def __init__(self, rng, input_shape, filter_shape, output_shape, poolsize=(2, 2)): fan_in = np.prod(filter_shape[1:]) fan_out = (filter_shape[0] * np.prod(filter_shape[2:]) / np.prod(poolsize)) w_bound = np.sqrt(6. / (fan_in + fan_out)) self.W = theano.shared( np.asarray( rng.uniform(low=-w_bound, high=w_bound, size=filter_shape), dtype=theano.config.floatX ), borrow=True ) b_values = np.zeros((filter_shape[1],), dtype=theano.config.floatX) self.b = theano.shared(value=b_values, borrow=True) self.input = T.dtensor5('input') conv_out = T.nnet.abstract_conv.AbstractConv3d_gradInputs( filters=self.W.dimshuffle(1, 0, 2, 3, 4), output_grad=self.input, input_shape=output_shape, filter_shape=filter_shape, border_mode='valid' ) unpooled_out = T.signal.pool.pool_3d( input=conv_out, ws=poolsize, ignore_border=True ) self.output = T.tanh(unpooled_out + self.b.dimshuffle('x', 0, 'x', 'x', 'x')) self.params = [self.W, self.b] class AutoEncoder(object): def __init__(self, input_shape, filter_sizes, pool_sizes): rng = np.random.RandomState(1234) self.encoder_layers = [] self.decoder_layers = [] self.params = [] layer_input_shape = input_shape for filter_size, pool_size in zip(filter_sizes, pool_sizes): encoder_layer = ConvLayer(rng=rng, input_shape=layer_input_shape, filter_shape=filter_size, poolsize=pool_size) self.encoder_layers.append(encoder_layer) self.params += encoder_layer.params layer_input_shape = ( layer_input_shape[0], filter_size[0], (layer_input_shape[2] - filter_size[2] + 1) // pool_size[0], (layer_input_shape[3] - filter_size[3] + 1) // pool_size[1], (layer_input_shape[4] - filter_size[4] + 1) // pool_size[2] ) for filter_size, pool_size, encoder_layer in zip(filter_sizes[::-1][1:], pool_sizes[::-1][1:], self.encoder_layers[::-1][1:]): decoder_layer = DeconvLayer(rng=rng, input_shape=layer_input_shape, filter_shape=filter_size, output_shape=encoder_layer.output.shape, poolsize=pool_size) self.decoder_layers.append(decoder_layer) self.params += decoder_layer.params layer_input_shape = encoder_layer.output.shape self.encode = theano.function( [self.encoder_layers[0].input], self.encoder_layers[-1].output ) self.decode = theano.function( [self.decoder_layers[0].input], self.decoder_layers[-1].output ) self.reconstruct = theano.function( [self.encoder_layers[0].input], self.decoder_layers[-1].output ) x = self.encoder_layers[0].input for layer in self.encoder_layers: x = layer.output self.encoder = theano.function( [self.encoder_layers[0].input], x ) x = self.decoder_layers[0].input for layer in self.decoder_layers: x = layer.output self.decoder = theano.function( [self.decoder_layers[0].input], x ) self.params = list(set(self.params)) cost = T.mean((self.decoder_layers[-1].output - self.encoder_layers[0].input) ** 2) gparams = T.grad(cost, self.params) updates = [(param, param - 0.01 * gparam) for param, gparam in zip(self.params, gparams)] self.train = theano.function( [self.encoder_layers[0].input], cost, updates=updates ) if __name__ == '__main__': input_shape = (10, 1, 64, 64, 64) filter_sizes = [(32, 1, 3, 3, 3), (64, 32, 3, 3, 3), (128, 64, 3, 3, 3)] pool_sizes = [(2, 2, 2), (2, 2, 2), (2, 2, 2)] ae = AutoEncoder(input_shape, filter_sizes, pool_sizes) ``` 该代码实现了一个带有三个卷积层和三个反卷积层的3D自编码器,用于对输入数据进行特征提取和降维。您可以根据需要更改输入形状、卷积层和反卷积层的数量和大小,以适应您的应用场景。
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