使用Python和PyTorch库实现基于DNN、CNN、LSTM的极化码译码器模型的代码示例

下面为你提供使用Python和PyTorch库实现基于DNN、CNN、LSTM的极化码译码器模型的代码示例,并且会有简单的性能优化手段。

python 复制代码
import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim

# DNN 译码器
class DNNDecoder(nn.Module):
    def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size):
        super(DNNDecoder, self).__init__()
        self.fc1 = nn.Linear(input_size, hidden_size)
        self.relu = nn.ReLU()
        self.fc2 = nn.Linear(hidden_size, output_size)
        self.sigmoid = nn.Sigmoid()

    def forward(self, x):
        out = self.fc1(x)
        out = self.relu(out)
        out = self.fc2(out)
        out = self.sigmoid(out)
        return out

# CNN 译码器
class CNNDecoder(nn.Module):
    def __init__(self, input_size, output_size):
        super(CNNDecoder, self).__init__()
        self.conv1 = nn.Conv1d(1, 16, kernel_size=3, padding=1)
        self.relu = nn.ReLU()
        self.pool = nn.MaxPool1d(2)
        self.fc = nn.Linear((input_size // 2) * 16, output_size)
        self.sigmoid = nn.Sigmoid()

    def forward(self, x):
        x = x.unsqueeze(1)
        out = self.conv1(x)
        out = self.relu(out)
        out = self.pool(out)
        out = out.view(out.size(0), -1)
        out = self.fc(out)
        out = self.sigmoid(out)
        return out

# LSTM 译码器
class LSTMDecoder(nn.Module):
    def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size):
        super(LSTMDecoder, self).__init__()
        self.lstm = nn.LSTM(input_size, hidden_size, batch_first=True)
        self.fc = nn.Linear(hidden_size, output_size)
        self.sigmoid = nn.Sigmoid()

    def forward(self, x):
        out, _ = self.lstm(x.unsqueeze(1))
        out = out[:, -1, :]
        out = self.fc(out)
        out = self.sigmoid(out)
        return out


# 训练模型函数
def train_model(model, train_loader, criterion, optimizer, epochs):
    model.train()
    for epoch in range(epochs):
        running_loss = 0.0
        for inputs, labels in train_loader:
            optimizer.zero_grad()
            outputs = model(inputs)
            loss = criterion(outputs, labels)
            loss.backward()
            optimizer.step()
            running_loss += loss.item()
        print(f'Epoch {epoch + 1}, Loss: {running_loss / len(train_loader)}')


# 示例使用
if __name__ == "__main__":
    input_size = 10
    hidden_size = 20
    output_size = 5
    batch_size = 32
    epochs = 10

    # 模拟数据
    train_data = torch.randn(100, input_size)
    train_labels = torch.randint(0, 2, (100, output_size)).float()
    train_dataset = torch.utils.data.TensorDataset(train_data, train_labels)
    train_loader = torch.utils.data.DataLoader(train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True)

    # 初始化模型
    dnn_decoder = DNNDecoder(input_size, hidden_size, output_size)
    cnn_decoder = CNNDecoder(input_size, output_size)
    lstm_decoder = LSTMDecoder(input_size, hidden_size, output_size)

    # 定义损失函数和优化器
    criterion = nn.BCELoss()
    dnn_optimizer = optim.Adam(dnn_decoder.parameters(), lr=0.001)
    cnn_optimizer = optim.Adam(cnn_decoder.parameters(), lr=0.001)
    lstm_optimizer = optim.Adam(lstm_decoder.parameters(), lr=0.001)

    # 训练模型
    print("Training DNN Decoder:")
    train_model(dnn_decoder, train_loader, criterion, dnn_optimizer, epochs)
    print("Training CNN Decoder:")
    train_model(cnn_decoder, train_loader, criterion, cnn_optimizer, epochs)
    print("Training LSTM Decoder:")
    train_model(lstm_decoder, train_loader, criterion, lstm_optimizer, epochs)

    

代码说明:

  1. DNN 译码器:由两个全连接层构成,中间使用ReLU激活函数,最后使用Sigmoid函数输出。
  2. CNN 译码器:先经过一个一维卷积层,接着是ReLU激活函数和最大池化层,最后连接一个全连接层,用Sigmoid函数输出。
  3. LSTM 译码器:包含一个LSTM层和一个全连接层,使用Sigmoid函数输出。
  4. 训练函数train_model 函数用于训练模型,采用二分类交叉熵损失函数(BCELoss)和Adam优化器。

性能优化手段:

  • 调整学习率 :能够使用学习率调度器动态调整学习率,例如 torch.optim.lr_scheduler.StepLR
  • 增加数据量:更多的数据有助于模型泛化,降低过拟合的可能性。
  • 调整模型结构:尝试不同的隐藏层大小、卷积核大小、LSTM层数等。
相关推荐
沃洛德.辛肯29 分钟前
PyTorch 的 F.scaled_dot_product_attention 返回Nan
人工智能·pytorch·python
noravinsc40 分钟前
人大金仓数据库 与django结合
数据库·python·django
豌豆花下猫1 小时前
Python 潮流周刊#102:微软裁员 Faster CPython 团队(摘要)
后端·python·ai
yzx9910131 小时前
Gensim 是一个专为 Python 设计的开源库
开发语言·python·开源
麻雀无能为力2 小时前
python自学笔记2 数据类型
开发语言·笔记·python
Ndmzi2 小时前
matlab与python问题解析
python·matlab
懒大王爱吃狼2 小时前
怎么使用python进行PostgreSQL 数据库连接?
数据库·python·postgresql
猫猫村晨总2 小时前
网络爬虫学习之httpx的使用
爬虫·python·httpx
web150854159352 小时前
Python线性回归:从理论到实践的完整指南
python·机器学习·线性回归
ayiya_Oese2 小时前
[训练和优化] 3. 模型优化
人工智能·python·深度学习·神经网络·机器学习