目录
- 代码示例
- 代码解读
- 知识点介绍
代码示例
import numpy as np
import tensorflow as tf
from tensorflow.keras.layers import SimpleRNNCell# 第t时刻要训练的数据
xt = tf.Variable(np.random.randint(2, 3, size=[1, 1]), dtype=tf.float32)
print(xt)
# https://www.cnblogs.com/Renyi-Fan/p/13722276.htmlcell = SimpleRNNCell(units=1, activation=None, use_bias=True, kernel_initializer='ones', recurrent_initializer='ones',bias_initializer=tf.keras.initializers.Constant(value=3))
cell.build(input_shape=[None, 1])
print('variables', cell.variables)
print('config:', cell.get_config())print(tf.nn.tanh(tf.constant([-float("inf"), 6, float("inf")])))# 第t时刻运算
ht_1 = tf.ones([1, 1])
out, ht = cell(xt, ht_1) # LSTM
print(out, ht[0])
print(id(out), id(ht[0]))# 第t+1时刻运算
cell2 = SimpleRNNCell(units=1, activation=None, use_bias=True, kernel_initializer='ones',recurrent_initializer=tf.keras.initializers.Constant(value=3), bias_initializer='ones')
xt2 = tf.Variable(np.random.randint(3, 4, size=[1, 1]), dtype=tf.float32)
out2, ht2 = cell2(xt2, ht)
print(out2, ht2[0])代码解读
这段代码包含了一些使用 TensorFlow 来创建和操作循环神经网络（RNN）的基础操作。我们将一步步地解释其含义。
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导入所需的库:
import numpy as np import tensorflow as tf from tensorflow.keras.layers import SimpleRNNCell代码导入了NumPy库、TensorFlow库以及
SimpleRNNCell，这是一个实现了简单的RNN单元操作的类。 -
创建训练数据:
xt = tf.Variable(np.random.randint(2, 3, size=[1, 1]), dtype=tf.float32) print(xt)这里创建了一个
1x1的张量，其值是2或3之间的随机整数。这代表了在时间t的输入数据。 -
定义RNN单元:
cell = SimpleRNNCell(units=1, activation=None, use_bias=True, kernel_initializer='ones', recurrent_initializer='ones',bias_initializer=tf.keras.initializers.Constant(value=3))使用
SimpleRNNCell创建了一个RNN单元。这个单元有以下特性：- 只有一个神经元（
units=1）。 - 不使用激活函数（
activation=None）。 - 使用偏置，并初始化为3（
bias_initializer=tf.keras.initializers.Constant(value=3)）。 - 输入权重和循环权重都初始化为1。
kernel_initializer='ones':- 这是一个初始化器，用于初始化RNN单元的权重（也称为内核权重）。
'ones'表示所有的权重都被初始化为1。- 换句话说，当输入数据经过RNN单元时，它会与这些权重相乘，而这些权重的初始值都是1。
recurrent_initializer='ones':- 这是一个初始化器，用于初始化RNN单元的循环权重。
- 在RNN中，当前时间步的隐藏状态是基于前一个时间步的隐藏状态计算的。这个计算涉及到的权重就是循环权重。
'ones'表示所有的循环权重都被初始化为1。
bias_initializer=tf.keras.initializers.Constant(value=3):- 这是一个初始化器，用于初始化RNN单元的偏置。
tf.keras.initializers.Constant(value=3)表示所有的偏置被初始化为常数3。
- 简而言之，这些参数(kernel_initializer、recurrent_initializer、bias_initializer)确定了RNN单元在开始训练之前的权重和偏置的初始状态。这些初始值在训练过程中会被更新。选择合适的初始化器对于模型的收敛速度和性能至关重要，尽管在这个特定的例子中，这些权重和偏置被赋予了特定的常数值。
cell.build(input_shape=[None, 1])这行代码是用来告诉RNN单元输入的形状，这样它就可以创建相应的权重和偏置张量。- 在TensorFlow和Keras中，
input_shape是用来指定输入数据的维度的参数。具体到这里的input_shape=[None, 1]，我们可以解读它为： [None, 1]：这是一个形状列表，其中有两个维度。None：- 第一个维度通常表示批处理的大小（即在一个批次中的样本数）。在许多情况下，为了使模型更加灵活，我们可能不想在定义模型时硬编码一个固定的批处理大小。
- 使用
None作为批处理的大小意味着模型可以接受任何大小的批次。 - 例如，你可以选择在训练时使用64的批大小，在评估或推理时使用1的批大小，或者使用其他任何数字。
1：- 第二个维度是数据的特征维度。
- 在这里，它指的是输入数据的每个样本有1个特征。
- 综上所述，
input_shape=[None, 1]表示模型可以接受一个二维的输入，其中第一个维度是任意大小的批处理，第二个维度是1个特征。
- 只有一个神经元（
-
显示RNN单元的变量和配置:
代码打印出RNN单元的所有变量（如权重和偏置）以及配置。print('variables', cell.variables) print('config:', cell.get_config())这两行代码是关于打印关于
cell（这里的cell是一个SimpleRNNCell的实例）的相关信息。-
print('variables', cell.variables):cell.variables: 这是一个属性，它返回一个列表，该列表包含cell中的所有可训练变量（权重和偏置）。在RNN cell的上下文中，这通常包括核权重、递归权重以及偏置。print(...): 打印变量列表，以便于你查看和调试。通常这可以帮助你理解RNN cell中的权重如何初始化（例如，这里你已经明确地设置了初始化器）。
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print('config:', cell.get_config()):cell.get_config(): 这是一个方法，它返回一个字典，该字典包含cell的配置。这通常包括其初始化时使用的参数（例如units的数量、激活函数、是否使用偏置等）。这允许你查看或者后续再次使用这些配置信息，例如，如果你想保存模型的结构并稍后再次创建它。print(...): 打印配置字典，使你能够查看cell的配置。
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总之，这两行代码提供了关于
SimpleRNNCell实例（cell）的详细信息，包括它的权重（和它们的初始值）以及它的配置。这是非常有用的，特别是当你在调试或了解你的模型结构时。
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计算tanh的值:
print(tf.nn.tanh(tf.constant([-float("inf"), 6, float("inf")])))这行代码计算了
tanh函数在-∞、6和∞三个点的值。tanh是RNN和其他神经网络中常用的激活函数。 -
第t时刻的计算:
这部分代码首先定义了上一个时间步的隐藏状态ht_1，然后使用cell(xt, ht_1)调用RNN单元来获取当前时间步的输出和隐藏状态。ht_1 = tf.ones([1, 1]) out, ht = cell(xt, ht_1) # LSTM print(out, ht[0]) print(id(out), id(ht[0])) -
第t+1时刻的计算:
同样地，这部分代码定义了一个新的RNN单元cell2，然后用新的输入xt2和上一个时间步的隐藏状态ht来获取下一个时间步的输出和隐藏状态。cell2 = SimpleRNNCell(units=1, activation=None, use_bias=True, kernel_initializer='ones',recurrent_initializer=tf.keras.initializers.Constant(value=3), bias_initializer='ones') xt2 = tf.Variable(np.random.randint(3, 4, size=[1, 1]), dtype=tf.float32) out2, ht2 = cell2(xt2, ht) -
输出与隐藏状态的关系:
print(id(out), id(ht[0]))这部分代码展示了在简单的RNN中，输出状态
out和隐藏状态ht是相同的对象。
最后，代码的主要目的是演示如何使用SimpleRNNCell在给定的输入和隐藏状态上进行计算，并展示其结果。
知识点介绍
tf.Variable 是 TensorFlow（TF）中的一个核心概念，它用于表示在 TF 计算过程中可能会发生变化的数据。在 TF 中，计算通常是通过计算图（graph）来定义的，而 tf.Variable 允许我们将可以变化的状态添加到这些计算图中。
以下是 tf.Variable 的一些关键点：
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可变性：与 TensorFlow 的常量（
tf.constant）不同，tf.Variable表示的值是可变的。这意味着在训练过程中，可以更新、修改或赋予其新值。 -
用途：
tf.Variable通常用于表示模型的参数，例如神经网络中的权重和偏置。 -
初始化：当创建一个
tf.Variable时，你必须为它提供一个初始值。这个初始值可以是一个固定值，也可以是其他任何 TensorFlow 计算的结果。 -
赋值：使用
assign、assign_add等方法，你可以修改tf.Variable的值。 -
存储和恢复：
tf.Variable的值可以被存储到磁盘并在之后恢复，这是通过 TensorFlow 的保存和恢复机制实现的，这样可以方便地保存和加载模型。
示例：
import tensorflow as tf# 创建一个初始化为1的变量
v = tf.Variable(1.0)# 使用变量
result = v * 2.0# 修改变量的值
v.assign(2.0) # 现在 v 的值为 2.0
总之，tf.Variable 是 TensorFlow 中表示可变状态的主要方式，尤其是在模型训练中，它用于存储和更新模型的参数。
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