pytorch, LSTM介绍

本文中的RNN泛指LSTM，GRU等等

CNN中和RNN中batchSize的默认位置是不同的。

• CNN中：batchsize的位置是position 0.
• RNN中：batchsize的位置是position 1.

在RNN中输入数据格式：

对于最简单的RNN，我们可以使用两种方式来调用,torch.nn.RNNCell(),它只接受序列中的单步输入，必须显式的传入隐藏状态。torch.nn.RNN()可以接受一个序列的输入，默认会传入一个全0的隐藏状态，也可以自己申明隐藏状态传入。

1. 输入大小是三维tensor[seq_len,batch_size,input_dim]

• input_dim是输入的维度，比如是128
• batch_size是一次往RNN输入句子的数目，比如是5。
• seq_len是一个句子的最大长度，比如15
  所以千万注意，RNN输入的是序列，一次把批次的所有句子都输入了，得到的ouptut和hidden都是这个批次的所有的输出和隐藏状态，维度也是三维。
  **可以理解为现在一共有batch_size个独立的RNN组件，RNN的输入维度是input_dim，总共输入seq_len个时间步，则每个时间步输入到这个整个RNN模块的维度是[batch_size,input_dim]

# 构造RNN网络，x的维度5，隐层的维度10,网络的层数2
rnn_seq = nn.RNN(5, 10,2)  
# 构造一个输入序列，句长为 6，batch 是 3， 每个单词使用长度是 5的向量表示
x = torch.randn(6, 3, 5)
#out,ht = rnn_seq(x,h0) 
out,ht = rnn_seq(x) #h0可以指定或者不指定

问题1：这里out、ht的size是多少呢？
回答：out:6 * 3 * 10, ht: 2 * 3 * 10，out的输出维度[seq_len,batch_size,output_dim]，ht的维度[num_layers * num_directions, batch, hidden_size],如果是单向单层的RNN那么一个句子只有一个hidden。
问题2：out[-1]和ht[-1]是否相等？
回答：相等，隐藏单元就是输出的最后一个单元，可以想象，每个的输出其实就是那个时间步的隐藏单元

2. RNN的其他参数

RNN(input_dim ,hidden_dim ,num_layers ，…)
– input_dim 表示输入的特征维度
– hidden_dim 表示输出的特征维度，如果没有特殊变化，相当于out
– num_layers 表示网络的层数
– nonlinearity 表示选用的非线性激活函数，默认是 ‘tanh’
– bias 表示是否使用偏置，默认使用
– batch_first 表示输入数据的形式，默认是 False，就是这样形式，(seq, batch, feature)，也就是将序列长度放在第一位，batch 放在第二位
– dropout 表示是否在输出层应用 dropout
– bidirectional 表示是否使用双向的 rnn，默认是 False

LSTM的输出多了一个memory单元

# 输入维度 50，隐层100维，两层
lstm_seq = nn.LSTM(50, 100, num_layers=2)
# 输入序列seq= 10，batch =3，输入维度=50
lstm_input = torch.randn(10, 3, 50)
out, (h, c) = lstm_seq(lstm_input) # 使用默认的全 0 隐藏状态

问题1：out和(h,c)的size各是多少？
回答：out：(10 * 3 * 100)，(h,c)：都是(2 * 3 * 100)
问题2：out[-1,:,:]和h[-1,:,:]相等吗？
回答： 相等

GRU比较像传统的RNN

gru_seq = nn.GRU(10, 20,2) # x_dim,h_dim,layer_num
gru_input = torch.randn(3, 32, 10) # seq，batch，x_dim
out, h = gru_seq(gru_input)