【pytorch】pytorch-LSTM

pytorch-LSTM()

torch.nn包下实现了LSTM函数，实现LSTM层。多个LSTMcell组合起来是LSTM。

LSTM自动实现了前向传播，不须要本身对序列进行迭代。

LSTM的用到的参数以下：建立LSTM指定以下参数，至少指定前三个参数

input_size:
    输入特征维数
hidden_size:
    隐层状态的维数
num_layers:
    RNN层的个数，在图中竖向的是层数，横向的是seq_len
bias:
    隐层状态是否带bias，默认为true
batch_first:
    是否输入输出的第一维为batch_size，由于pytorch中batch_size维度默认是第二维度，故此选项能够将 batch_size放在第一维度。如input是(4,1,5)，中间的1是batch_size，指定batch_first=True后就是(1,4,5)
dropout:
    是否在除最后一个RNN层外的RNN层后面加dropout层
bidirectional:
    是不是双向RNN，默认为false，若为true，则num_directions=2，不然为1

为了统一，之后都batch_first=True

LSTM的输入为：LSTM(input,(h0,co))

其中，指定batch_first=True​后，input就是(batch_size,seq_len,input_size)​

(h0,c0)是初始的隐藏层，由于每一个LSTM单元其实须要两个隐藏层的。记hidden=(h0,c0)

其中，h0的维度是(num_layers*num_directions, batch_size, hidden_size)

c0维度同h0。注意，即便batch_first=True，这里h0的维度依然是batch_size在第二维度

LSTM的输出为：out,(hn,cn)

其中，out是每个时间步的最后一个隐藏层h的输出，假若有5个时间步（即seq_len=5），则有5个对应的输出，out的维度是：(batch_size,seq_len,hidden_size)

而hidden=(hn,cn)，他本身实现了时间步的迭代，每次迭代须要使用上一步的输出和hidden层，最后一步hidden=(hn,cn)记录了最后一各时间步的隐藏层输出，有几层对应几个输出，若是这个是RNN-encoder，则hn,cn就是中间的编码向量。hn的维度是(num_layers*num_directions,batch_size,hidden_size)，cn同。

应用LSTM

建立一LSTM:

lstm = torch.nn.LSTM(input_size,hidden_size,num_layers,batch_first=True)

forward使用LSTM层：

out,hidden = lstm(input,hidden)

其中，hidden=(h0,c0)是个tuple

最终获得out,hidden

举例：

import torch
# 实现一个num_layers层的LSTM-RNN
class RNN(torch.nn.Module):
    def __init__(self,input_size, hidden_size, num_layers):
        super(RNN,self).__init__()
        self.input_size = input_size
        self.hidden_size=hidden_size
        self.num_layers=num_layers
        self.lstm = torch.nn.LSTM(input_size=input_size,hidden_size=hidden_size,num_layers=num_layers,batch_first=True)
    
    def forward(self,input):
        # input应该为(batch_size,seq_len,input_szie)
        self.hidden = self.initHidden(input.size(0))
        out,self.hidden = lstm(input,self.hidden)
        return out,self.hidden
    
    def initHidden(self,batch_size):
        if self.lstm.bidirectional:
            return (torch.rand(self.num_layers*2,batch_size,self.hidden_size),torch.rand(self.num_layers*2,batch_size,self.hidden_size))
        else:
            return (torch.rand(self.num_layers,batch_size,self.hidden_size),torch.rand(self.num_layers,batch_size,self.hidden_size))

input_size = 12
hidden_size = 10
num_layers = 3
batch_size = 2
model = RNN(input_size,hidden_size,num_layers)
# input (seq_len, batch, input_size) 包含特征的输入序列，若是设置了batch_first，则batch为第一维
input = torch.rand(2,4,12)
model(input)