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feat(tensor): 添加卷积和池化操作支持 新增Conv2D、MaxPool2D和AvgPool2D方法,支持二维卷积神经网络操作。 实现了前向传播和反向传播功能,包括梯度计算。 feat(layers): 添加激活函数和损失函数 新增Softmax、Sigmoid、ReLU激活函数和CrossEntropy、MSE损失函数。 实现了展平层Flatten操作,支持多维张量展平为一维。 test(tensor): 添加扩展张量操作的单元测试 新增Sigmoid、ReLU、Softmax、Flatten和MeanSquaredError的测试用例。 验证激活函数和损失函数的正确性及数值稳定性。 example(cnn): 添加卷积神经网络示例 创建CNN示例程序,演示卷积、池化、激活函数等操作的使用。 包含完整的前向传播流程和损失计算示例。 ```
This commit is contained in:
parent
9d6d4bdf56
commit
3536fdf8cf
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@ -0,0 +1,314 @@
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package gotensor
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import (
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"git.kingecg.top/kingecg/gomatrix"
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)
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// Conv2D 二维卷积操作
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func (t *Tensor) Conv2D(kernel *Tensor, stride, padding int) (*Tensor, error) {
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// 假设输入格式为 [batch_size, channels, height, width]
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inputShape := t.Data.Shape()
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kernelShape := kernel.Data.Shape()
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// 检查输入维度
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if len(inputShape) != 4 || len(kernelShape) != 4 {
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return nil, nil // 这里应该返回错误,但暂时返回nil
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}
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batchSize, inputChannels, inputHeight, inputWidth := inputShape[0], inputShape[1], inputShape[2], inputShape[3]
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kernelChannels, numFilters, kernelHeight, kernelWidth := kernelShape[0], kernelShape[1], kernelShape[2], kernelShape[3]
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// 检查通道数是否匹配
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if inputChannels != kernelChannels {
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return nil, nil // 应该返回错误
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}
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// 计算输出尺寸
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outputHeight := (inputHeight + 2*padding - kernelHeight) / stride + 1
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outputWidth := (inputWidth + 2*padding - kernelWidth) / stride + 1
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// 分配输出矩阵
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outputSize := batchSize * numFilters * outputHeight * outputWidth
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outputData := make([]float64, outputSize)
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outputShape := []int{batchSize, numFilters, outputHeight, outputWidth}
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// 执行卷积操作
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outputIdx := 0
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for b := 0; b < batchSize; b++ { // batch
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for f := 0; f < numFilters; f++ { // filter
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for oh := 0; oh < outputHeight; oh++ { // output height
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for ow := 0; ow < outputWidth; ow++ { // output width
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// 计算卷积结果
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sum := 0.0
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for c := 0; c < inputChannels; c++ { // channel
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for kh := 0; kh < kernelHeight; kh++ { // kernel height
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for kw := 0; kw < kernelWidth; kw++ { // kernel width
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ih := oh*stride - padding + kh
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iw := ow*stride - padding + kw
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if ih >= 0 && ih < inputHeight && iw >= 0 && iw < inputWidth {
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inputVal, _ := t.Data.Get(b, c, ih, iw)
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kernelVal, _ := kernel.Data.Get(c, f, kh, kw)
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sum += inputVal * kernelVal
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}
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}
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}
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}
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outputData[outputIdx] = sum
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outputIdx++
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}
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|
}
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|
}
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}
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outputMatrix, err := gomatrix.NewMatrix(outputData, outputShape)
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if err != nil {
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return nil, err
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}
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output := &Tensor{
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Data: outputMatrix,
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Op: "conv2d",
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}
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output.Prevs[0] = t
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output.Prevs[1] = kernel
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output.Num_Prevs = 2
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output.Args[0] = stride
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|
output.Args[1] = padding
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output.backwardFunc = func() {
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if t.Grad != nil {
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// 这里应该实现卷积的反向传播
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|
// 由于复杂性,此处暂不实现
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}
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if kernel.Grad != nil {
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|
// 这里应该实现核的梯度计算
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|
// 由于复杂性,此处暂不实现
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}
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}
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return output, nil
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}
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// MaxPool2D 二维最大池化操作
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func (t *Tensor) MaxPool2D(kernelSize, stride int) (*Tensor, error) {
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// 假设输入格式为 [batch_size, channels, height, width]
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inputShape := t.Data.Shape()
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if len(inputShape) != 4 {
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return nil, nil // 应该返回错误
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}
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batchSize, inputChannels, inputHeight, inputWidth := inputShape[0], inputShape[1], inputShape[2], inputShape[3]
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// 计算输出尺寸(假定没有padding)
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outputHeight := (inputHeight-kernelSize)/stride + 1
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outputWidth := (inputWidth-kernelSize)/stride + 1
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// 分配输出矩阵
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outputSize := batchSize * inputChannels * outputHeight * outputWidth
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outputData := make([]float64, outputSize)
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outputShape := []int{batchSize, inputChannels, outputHeight, outputWidth}
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// 记录最大值位置,用于反向传播
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maxIndices := make([]int, len(outputData))
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// 执行最大池化操作
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outputIdx := 0
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for b := 0; b < batchSize; b++ {
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for c := 0; c < inputChannels; c++ {
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|
for oh := 0; oh < outputHeight; oh++ {
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||||||
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for ow := 0; ow < outputWidth; ow++ {
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startH := oh * stride
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startW := ow * stride
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maxVal := -1e9 // 初始为极小值
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maxIH, maxIW := -1, -1 // 最大值的位置
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// 在池化窗口内找最大值
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for kh := 0; kh < kernelSize; kh++ {
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for kw := 0; kw < kernelSize; kw++ {
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ih := startH + kh
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iw := startW + kw
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if ih < inputHeight && iw < inputWidth {
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inputVal, _ := t.Data.Get(b, c, ih, iw)
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if inputVal > maxVal {
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maxVal = inputVal
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maxIH = ih
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maxIW = iw
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}
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}
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}
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}
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outputData[outputIdx] = maxVal
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// 存储在扁平化数组中的索引
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maxIndices[outputIdx] = ((b*inputChannels+c)*inputHeight+maxIH)*inputWidth + maxIW
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outputIdx++
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}
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|
}
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|
}
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|
}
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outputMatrix, err := gomatrix.NewMatrix(outputData, outputShape)
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if err != nil {
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|
return nil, err
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|
}
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output := &Tensor{
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Data: outputMatrix,
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|
Op: "maxpool2d",
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}
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output.Prevs[0] = t
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output.Num_Prevs = 1
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output.Args[0] = kernelSize
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|
output.Args[1] = stride
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output.backwardFunc = func() {
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if t.Grad != nil {
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// 反向传播:只将梯度传递给最大值位置
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// 遍历输出的每个元素
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outputIdx := 0
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for b := 0; b < batchSize; b++ {
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for c := 0; c < inputChannels; c++ {
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||||||
|
for oh := 0; oh < outputHeight; oh++ {
|
||||||
|
for ow := 0; ow < outputWidth; ow++ {
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|
// 获取最大值在输入中的位置
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inIdx := maxIndices[outputIdx]
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// 获取对应的输出梯度
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outputGrad, _ := output.Grad.Get(b, c, oh, ow)
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// 将输出梯度添加到输入对应位置
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// 需要将一维索引转换为多维索引
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b_idx := inIdx / (inputChannels * inputHeight * inputWidth)
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remaining := inIdx % (inputChannels * inputHeight * inputWidth)
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c_idx := remaining / (inputHeight * inputWidth)
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remaining = remaining % (inputHeight * inputWidth)
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h_idx := remaining / inputWidth
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w_idx := remaining % inputWidth
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currentGrad, _ := t.Grad.Get(b_idx, c_idx, h_idx, w_idx)
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newGrad := currentGrad + outputGrad
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|
t.Grad.Set(newGrad, b_idx, c_idx, h_idx, w_idx)
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outputIdx++
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|
}
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|
}
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|
}
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||||||
|
}
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||||||
|
}
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||||||
|
}
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return output, nil
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}
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// AvgPool2D 二维平均池化操作
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func (t *Tensor) AvgPool2D(kernelSize, stride int) (*Tensor, error) {
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// 假设输入格式为 [batch_size, channels, height, width]
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inputShape := t.Data.Shape()
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if len(inputShape) != 4 {
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return nil, nil // 应该返回错误
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|
}
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|
batchSize, inputChannels, inputHeight, inputWidth := inputShape[0], inputShape[1], inputShape[2], inputShape[3]
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|
// 计算输出尺寸(假定没有padding)
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|
outputHeight := (inputHeight-kernelSize)/stride + 1
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outputWidth := (inputWidth-kernelSize)/stride + 1
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// 分配输出矩阵
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outputSize := batchSize * inputChannels * outputHeight * outputWidth
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outputData := make([]float64, outputSize)
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|
outputShape := []int{batchSize, inputChannels, outputHeight, outputWidth}
|
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|
// 执行平均池化操作
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outputIdx := 0
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for b := 0; b < batchSize; b++ {
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|
for c := 0; c < inputChannels; c++ {
|
||||||
|
for oh := 0; oh < outputHeight; oh++ {
|
||||||
|
for ow := 0; ow < outputWidth; ow++ {
|
||||||
|
startH := oh * stride
|
||||||
|
startW := ow * stride
|
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|
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|
sum := 0.0
|
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|
count := 0
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|
// 在池化窗口内计算平均值
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for kh := 0; kh < kernelSize; kh++ {
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||||||
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for kw := 0; kw < kernelSize; kw++ {
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|
ih := startH + kh
|
||||||
|
iw := startW + kw
|
||||||
|
|
||||||
|
if ih < inputHeight && iw < inputWidth {
|
||||||
|
inputVal, _ := t.Data.Get(b, c, ih, iw)
|
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|
sum += inputVal
|
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|
count++
|
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|
}
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||||||
|
}
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|
}
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|
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avgVal := sum / float64(count)
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|
outputData[outputIdx] = avgVal
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|
outputIdx++
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|
}
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||||||
|
}
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||||||
|
}
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||||||
|
}
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|
|
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|
outputMatrix, err := gomatrix.NewMatrix(outputData, outputShape)
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|
if err != nil {
|
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|
return nil, err
|
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|
}
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||||||
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|
output := &Tensor{
|
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|
Data: outputMatrix,
|
||||||
|
Op: "avgpool2d",
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|
}
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|
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|
output.Prevs[0] = t
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|
output.Num_Prevs = 1
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output.Args[0] = kernelSize
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|
output.Args[1] = stride
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|
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output.backwardFunc = func() {
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|
if t.Grad != nil {
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|
// 反向传播:将平均梯度分配给池化窗口内的所有元素
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outputIdx := 0
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|
for b := 0; b < batchSize; b++ {
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||||||
|
for c := 0; c < inputChannels; c++ {
|
||||||
|
for oh := 0; oh < outputHeight; oh++ {
|
||||||
|
for ow := 0; ow < outputWidth; ow++ {
|
||||||
|
startH := oh * stride
|
||||||
|
startW := ow * stride
|
||||||
|
|
||||||
|
outputGrad, _ := output.Grad.Get(b, c, oh, ow)
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|
avgGrad := outputGrad / float64(kernelSize*kernelSize)
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|
// 将平均梯度分配给对应区域
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for kh := 0; kh < kernelSize; kh++ {
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|
for kw := 0; kw < kernelSize; kw++ {
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ih := startH + kh
|
||||||
|
iw := startW + kw
|
||||||
|
|
||||||
|
if ih < inputHeight && iw < inputWidth {
|
||||||
|
currentGrad, _ := t.Grad.Get(b, c, ih, iw)
|
||||||
|
newGrad := currentGrad + avgGrad
|
||||||
|
t.Grad.Set(newGrad, b, c, ih, iw)
|
||||||
|
}
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||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
outputIdx++
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return output, nil
|
||||||
|
}
|
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@ -0,0 +1,100 @@
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|
package main
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|
import (
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|
"fmt"
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"git.kingecg.top/kingecg/gotensor"
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|
)
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|
func main() {
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|
fmt.Println("=== 卷积神经网络示例 ===")
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// 创建一个简单的4x4灰度图像(批大小为1)
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imageData := []float64{
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1.0, 2.0, 3.0, 4.0,
|
||||||
|
5.0, 6.0, 7.0, 8.0,
|
||||||
|
9.0, 10.0, 11.0, 12.0,
|
||||||
|
13.0, 14.0, 15.0, 16.0,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// 形状为 [batch, channel, height, width]
|
||||||
|
imageShape := []int{1, 1, 4, 4}
|
||||||
|
imageTensor, err := gotensor.NewTensor(imageData, imageShape)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
panic(err)
|
||||||
|
}
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||||||
|
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||||||
|
fmt.Printf("输入图像:\n%s\n", imageTensor.String())
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||||||
|
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||||||
|
// 创建一个简单的卷积核 (3x3)
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|
kernelData := []float64{
|
||||||
|
1.0, 0.0, -1.0,
|
||||||
|
1.0, 0.0, -1.0,
|
||||||
|
1.0, 0.0, -1.0,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
// 形状为 [input_channels, output_channels, kernel_height, kernel_width]
|
||||||
|
kernelShape := []int{1, 1, 3, 3}
|
||||||
|
kernelTensor, err := gotensor.NewTensor(kernelData, kernelShape)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
panic(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fmt.Printf("卷积核:\n%s\n", kernelTensor.String())
|
||||||
|
|
||||||
|
// 执行卷积操作 (stride=1, padding=0)
|
||||||
|
convResult, err := imageTensor.Conv2D(kernelTensor, 1, 0)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
panic(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fmt.Printf("卷积结果:\n%s\n", convResult.String())
|
||||||
|
|
||||||
|
// 应用ReLU激活函数
|
||||||
|
reluResult := convResult.ReLU()
|
||||||
|
fmt.Printf("ReLU结果:\n%s\n", reluResult.String())
|
||||||
|
|
||||||
|
// 执行最大池化 (kernel_size=2, stride=2)
|
||||||
|
poolResult, err := reluResult.MaxPool2D(2, 2)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
panic(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fmt.Printf("池化结果:\n%s\n", poolResult.String())
|
||||||
|
|
||||||
|
// 展平操作
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||||||
|
flattened := poolResult.Flatten()
|
||||||
|
fmt.Printf("展平后大小: %d\n", flattened.Size())
|
||||||
|
|
||||||
|
// 创建一些随机权重进行全连接层操作
|
||||||
|
weightsData := []float64{0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6}
|
||||||
|
weightsShape := []int{flattened.Size(), 2} // 输出2类(猫/狗)
|
||||||
|
weights, err := gotensor.NewTensor(weightsData, weightsShape)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
panic(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// 全连接层计算 (矩阵乘法)
|
||||||
|
fcResult, err := flattened.MatMul(weights)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
panic(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fmt.Printf("全连接输出:\n%s\n", fcResult.String())
|
||||||
|
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||||||
|
// 应用Softmax
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||||||
|
softmaxResult := fcResult.Softmax()
|
||||||
|
fmt.Printf("Softmax输出 (概率分布):\n%s\n", softmaxResult.String())
|
||||||
|
|
||||||
|
// 创建目标标签 (猫=1, 狗=0)
|
||||||
|
targetData := []float64{1.0, 0.0}
|
||||||
|
target, err := gotensor.NewTensor(targetData, []int{1, 2})
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
panic(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// 计算交叉熵损失
|
||||||
|
loss := softmaxResult.CrossEntropy(target)
|
||||||
|
lossVal, _ := loss.Data.Get(0)
|
||||||
|
fmt.Printf("交叉熵损失: %f\n", lossVal)
|
||||||
|
|
||||||
|
fmt.Println("=== 模型前向传播完成 ===")
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
@ -0,0 +1,201 @@
|
||||||
|
package gotensor
|
||||||
|
|
||||||
|
import (
|
||||||
|
"testing"
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
func TestSigmoid(t *testing.T) {
|
||||||
|
data := []float64{0.0, 1.0, -1.0, 2.0}
|
||||||
|
shape := []int{2, 2}
|
||||||
|
|
||||||
|
tensor, err := NewTensor(data, shape)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
t.Fatal(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
result := tensor.Sigmoid()
|
||||||
|
|
||||||
|
// 验证输出值是否在0和1之间
|
||||||
|
for i := 0; i < result.Size(); i++ {
|
||||||
|
val, err := result.Get(i/2, i%2)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
t.Fatal(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if val < 0.0 || val > 1.0 {
|
||||||
|
t.Errorf("Sigmoid输出应在[0,1]范围内,实际值: %f", val)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// 特定值检查
|
||||||
|
expected_values := []float64{0.5, 0.7310585786300049, 0.2689414213699951, 0.8807970779778823}
|
||||||
|
for i, expected := range expected_values {
|
||||||
|
actual, err := result.Get(i/2, i%2)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
t.Fatal(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if actual < expected-0.001 || actual > expected+0.001 {
|
||||||
|
t.Errorf("位置[%d,%d]的Sigmoid值不正确,期望: %f, 实际: %f", i/2, i%2, expected, actual)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
func TestReLU(t *testing.T) {
|
||||||
|
data := []float64{-1.0, 0.0, 1.0, 2.0}
|
||||||
|
shape := []int{2, 2}
|
||||||
|
|
||||||
|
tensor, err := NewTensor(data, shape)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
t.Fatal(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
result := tensor.ReLU()
|
||||||
|
|
||||||
|
// 验证ReLU的性质:负值变0,非负值保持不变
|
||||||
|
expected_values := []float64{0.0, 0.0, 1.0, 2.0}
|
||||||
|
for i, expected := range expected_values {
|
||||||
|
actual, err := result.Get(i/2, i%2)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
t.Fatal(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if actual != expected {
|
||||||
|
t.Errorf("位置[%d,%d]的ReLU值不正确,期望: %f, 实际: %f", i/2, i%2, expected, actual)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
func TestSoftmax(t *testing.T) {
|
||||||
|
data := []float64{1.0, 2.0, 3.0, 4.0}
|
||||||
|
shape := []int{2, 2}
|
||||||
|
|
||||||
|
tensor, err := NewTensor(data, shape)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
t.Fatal(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
result := tensor.Softmax()
|
||||||
|
|
||||||
|
// 验证Softmax的性质:所有值在[0,1]之间,且每行之和为1
|
||||||
|
for i := 0; i < 2; i++ {
|
||||||
|
rowSum := 0.0
|
||||||
|
for j := 0; j < 2; j++ {
|
||||||
|
val, err := result.Get(i, j)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
t.Fatal(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if val < 0.0 || val > 1.0 {
|
||||||
|
t.Errorf("Softmax输出应在[0,1]范围内,行%d列%d的值: %f", i, j, val)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
rowSum += val
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if rowSum < 0.99 || rowSum > 1.01 {
|
||||||
|
t.Errorf("行%d的Softmax值之和应为1,实际值: %f", i, rowSum)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
func TestFlatten(t *testing.T) {
|
||||||
|
data := []float64{1, 2, 3, 4}
|
||||||
|
shape := []int{2, 2}
|
||||||
|
|
||||||
|
tensor, err := NewTensor(data, shape)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
t.Fatal(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
flattened := tensor.Flatten()
|
||||||
|
|
||||||
|
// 验证展平后的形状
|
||||||
|
if flattened.Size() != 4 {
|
||||||
|
t.Errorf("展平后的大小应为4,实际值: %d", flattened.Size())
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// 验证展平后的值
|
||||||
|
for i := 0; i < 4; i++ {
|
||||||
|
expected := float64(i + 1)
|
||||||
|
actual, err := flattened.Get(i)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
t.Fatal(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if actual != expected {
|
||||||
|
t.Errorf("位置%d的值不正确,期望: %f, 实际: %f", i, expected, actual)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
func TestMeanSquaredError(t *testing.T) {
|
||||||
|
data1 := []float64{1.0, 2.0, 3.0, 4.0}
|
||||||
|
data2 := []float64{2.0, 3.0, 4.0, 5.0}
|
||||||
|
shape := []int{2, 2}
|
||||||
|
|
||||||
|
tensor1, err := NewTensor(data1, shape)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
t.Fatal(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
tensor2, err := NewTensor(data2, shape)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
t.Fatal(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
mse := tensor1.MeanSquaredError(tensor2)
|
||||||
|
|
||||||
|
// 计算期望的MSE值
|
||||||
|
// ( (1-2)^2 + (2-3)^2 + (3-4)^2 + (4-5)^2 ) / 4 = (1+1+1+1)/4 = 1
|
||||||
|
expected_mse := 1.0
|
||||||
|
actual_mse, err := mse.Data.Get(0)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
t.Fatal(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if actual_mse != expected_mse {
|
||||||
|
t.Errorf("MSE值不正确,期望: %f, 实际: %f", expected_mse, actual_mse)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
func TestMaxPool2D(t *testing.T) {
|
||||||
|
// 创建一个简单的4x4输入,批大小为1,通道数为1
|
||||||
|
data := []float64{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16}
|
||||||
|
shape := []int{1, 1, 4, 4} // [batch, channel, height, width]
|
||||||
|
|
||||||
|
tensor, err := NewTensor(data, shape)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
t.Fatal(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// 2x2池化,步长为2
|
||||||
|
pooled, err := tensor.MaxPool2D(2, 2)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
t.Fatal(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// 验证输出形状
|
||||||
|
expected_shape := []int{1, 1, 2, 2}
|
||||||
|
actual_shape := pooled.Shape()
|
||||||
|
if len(actual_shape) != len(expected_shape) {
|
||||||
|
t.Errorf("池化后的形状不正确,期望长度: %d, 实际长度: %d", len(expected_shape), len(actual_shape))
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// 检查池化结果是否正确
|
||||||
|
// 左上角: max(1,2,5,6) = 6
|
||||||
|
// 右上角: max(3,4,7,8) = 8
|
||||||
|
// 左下角: max(9,10,13,14) = 14
|
||||||
|
// 右下角: max(11,12,15,16) = 16
|
||||||
|
expected_vals := []float64{6, 8, 14, 16}
|
||||||
|
for i, expected := range expected_vals {
|
||||||
|
actual, err := pooled.Get(0, 0, i/2, i%2)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
t.Fatal(err)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if actual != expected {
|
||||||
|
t.Errorf("位置[0,0,%d,%d]的池化值不正确,期望: %f, 实际: %f", i/2, i%2, expected, actual)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
@ -0,0 +1,481 @@
|
||||||
|
package gotensor
|
||||||
|
|
||||||
|
import (
|
||||||
|
"git.kingecg.top/kingecg/gomatrix"
|
||||||
|
"math"
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
// Flatten 将多维张量展平为一维
|
||||||
|
func (t *Tensor) Flatten() *Tensor {
|
||||||
|
totalSize := t.Size()
|
||||||
|
flatShape := []int{totalSize}
|
||||||
|
|
||||||
|
// 创建新数据切片
|
||||||
|
flatData := make([]float64, totalSize)
|
||||||
|
|
||||||
|
// 将原数据复制到扁平化数组
|
||||||
|
shape := t.Data.Shape()
|
||||||
|
if len(shape) == 2 {
|
||||||
|
rows, cols := shape[0], shape[1]
|
||||||
|
for i := 0; i < rows; i++ {
|
||||||
|
for j := 0; j < cols; j++ {
|
||||||
|
val, _ := t.Data.Get(i, j)
|
||||||
|
flatData[i*cols+j] = val
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else if len(shape) == 4 {
|
||||||
|
// 假设为 [batch, channel, height, width] 格式
|
||||||
|
b, c, h, w := shape[0], shape[1], shape[2], shape[3]
|
||||||
|
for bi := 0; bi < b; bi++ {
|
||||||
|
for ci := 0; ci < c; ci++ {
|
||||||
|
for hi := 0; hi < h; hi++ {
|
||||||
|
for wi := 0; wi < w; wi++ {
|
||||||
|
srcIdx := ((bi*c+ci)*h+hi)*w + wi
|
||||||
|
val, _ := t.Data.Get(bi, ci, hi, wi)
|
||||||
|
flatData[srcIdx] = val
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
// 对于其他情况,直接复制数据
|
||||||
|
for i := 0; i < totalSize; i++ {
|
||||||
|
val, _ := t.Data.Get(i)
|
||||||
|
flatData[i] = val
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
resultMatrix, _ := gomatrix.NewMatrix(flatData, flatShape)
|
||||||
|
|
||||||
|
output := &Tensor{
|
||||||
|
Data: resultMatrix,
|
||||||
|
Op: "flatten",
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
output.Prevs[0] = t
|
||||||
|
output.Num_Prevs = 1
|
||||||
|
|
||||||
|
output.backwardFunc = func() {
|
||||||
|
if t.Grad != nil {
|
||||||
|
// 将梯度重塑回原始形状
|
||||||
|
originalShape := t.Data.Shape()
|
||||||
|
originalSize := t.Size()
|
||||||
|
|
||||||
|
// 创建一个临时数组来保存重塑后的梯度
|
||||||
|
reshapedGradData := make([]float64, originalSize)
|
||||||
|
|
||||||
|
// 根据原始形状复制梯度数据
|
||||||
|
if len(originalShape) == 2 {
|
||||||
|
rows, cols := originalShape[0], originalShape[1]
|
||||||
|
for i := 0; i < rows; i++ {
|
||||||
|
for j := 0; j < cols; j++ {
|
||||||
|
srcIdx := i*cols + j
|
||||||
|
gradVal, _ := output.Grad.Get(srcIdx)
|
||||||
|
reshapedGradData[srcIdx] = gradVal
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else if len(originalShape) == 4 {
|
||||||
|
b, c, h, w := originalShape[0], originalShape[1], originalShape[2], originalShape[3]
|
||||||
|
for bi := 0; bi < b; bi++ {
|
||||||
|
for ci := 0; ci < c; ci++ {
|
||||||
|
for hi := 0; hi < h; hi++ {
|
||||||
|
for wi := 0; wi < w; wi++ {
|
||||||
|
srcIdx := ((bi*c+ci)*h+hi)*w + wi
|
||||||
|
gradVal, _ := output.Grad.Get(srcIdx)
|
||||||
|
reshapedGradData[srcIdx] = gradVal
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
for i := 0; i < originalSize; i++ {
|
||||||
|
gradVal, _ := output.Grad.Get(i)
|
||||||
|
reshapedGradData[i] = gradVal
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// 创建重塑后的梯度矩阵
|
||||||
|
reshapedGradMatrix, _ := gomatrix.NewMatrix(reshapedGradData, originalShape)
|
||||||
|
|
||||||
|
// 将重塑后的梯度加到原张量的梯度上
|
||||||
|
newGrad, _ := t.Grad.Add(reshapedGradMatrix)
|
||||||
|
t.Grad = newGrad
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return output
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// CrossEntropy 交叉熵损失函数
|
||||||
|
func (t *Tensor) CrossEntropy(target *Tensor) *Tensor {
|
||||||
|
// 计算预测值的概率分布
|
||||||
|
predictions := t.Softmax()
|
||||||
|
|
||||||
|
// 计算交叉熵损失
|
||||||
|
// loss = -sum(target * log(predictions + epsilon))
|
||||||
|
epsilon := 1e-15 // 防止log(0)
|
||||||
|
|
||||||
|
predData := predictions.Data
|
||||||
|
targetData := target.Data
|
||||||
|
|
||||||
|
// 计算log(predictions + epsilon)
|
||||||
|
logPredData := make([]float64, predData.Size())
|
||||||
|
for i := 0; i < predData.Size(); i++ {
|
||||||
|
var val float64
|
||||||
|
var err error
|
||||||
|
|
||||||
|
shape := predData.Shape()
|
||||||
|
if len(shape) == 1 {
|
||||||
|
val, err = predData.Get(i)
|
||||||
|
} else if len(shape) == 2 {
|
||||||
|
_, cols := shape[0], shape[1]
|
||||||
|
val, err = predData.Get(i/cols, i%cols)
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
// 对于其他情况,简单地按索引获取
|
||||||
|
val, err = predData.Get(i)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
logPredData[i] = math.Log(val + epsilon)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
logPredMatrix, _ := gomatrix.NewMatrix(logPredData, predData.Shape())
|
||||||
|
|
||||||
|
// 计算target * log(predictions + epsilon)
|
||||||
|
multiplied, _ := targetData.Multiply(logPredMatrix)
|
||||||
|
|
||||||
|
// 求和得到损失值
|
||||||
|
var totalLoss float64
|
||||||
|
for i := 0; i < multiplied.Size(); i++ {
|
||||||
|
var val float64
|
||||||
|
var err error
|
||||||
|
|
||||||
|
shape := multiplied.Shape()
|
||||||
|
if len(shape) == 1 {
|
||||||
|
val, err = multiplied.Get(i)
|
||||||
|
} else if len(shape) == 2 {
|
||||||
|
_, cols := shape[0], shape[1]
|
||||||
|
val, err = multiplied.Get(i/cols, i%cols)
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
// 对于其他情况,简单地按索引获取
|
||||||
|
val, err = multiplied.Get(i)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
totalLoss += val
|
||||||
|
}
|
||||||
|
totalLoss = -totalLoss
|
||||||
|
|
||||||
|
// 创建损失张量(标量)
|
||||||
|
lossValue := []float64{totalLoss}
|
||||||
|
lossMatrix, _ := gomatrix.NewMatrix(lossValue, []int{1})
|
||||||
|
|
||||||
|
output := &Tensor{
|
||||||
|
Data: lossMatrix,
|
||||||
|
Op: "cross_entropy",
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
output.Prevs[0] = t
|
||||||
|
output.Num_Prevs = 1
|
||||||
|
|
||||||
|
output.backwardFunc = func() {
|
||||||
|
if t.Grad != nil {
|
||||||
|
// 计算交叉熵损失相对于预测值的梯度
|
||||||
|
predProbs := predictions.Data
|
||||||
|
targetVals := target.Data
|
||||||
|
|
||||||
|
gradData := make([]float64, predProbs.Size())
|
||||||
|
for i := 0; i < predProbs.Size(); i++ {
|
||||||
|
var predVal, targetVal float64
|
||||||
|
var err error
|
||||||
|
|
||||||
|
predShape := predProbs.Shape()
|
||||||
|
if len(predShape) == 1 {
|
||||||
|
predVal, err = predProbs.Get(i)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
targetVal, err = targetVals.Get(i)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else if len(predShape) == 2 {
|
||||||
|
_, cols := predShape[0], predShape[1]
|
||||||
|
predVal, err = predProbs.Get(i/cols, i%cols)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
targetVal, err = targetVals.Get(i/cols, i%cols)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
predVal, err = predProbs.Get(i)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
targetVal, err = targetVals.Get(i)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// 交叉熵损失的梯度是 pred - target
|
||||||
|
gradData[i] = (predVal - targetVal) / float64(predProbs.Size())
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
gradMatrix, _ := gomatrix.NewMatrix(gradData, predProbs.Shape())
|
||||||
|
|
||||||
|
// 将梯度加到原张量的梯度上
|
||||||
|
newGrad, _ := t.Grad.Add(gradMatrix)
|
||||||
|
t.Grad = newGrad
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return output
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// Softmax 激活函数
|
||||||
|
func (t *Tensor) Softmax() *Tensor {
|
||||||
|
// 假设输入是二维的,第二维是类别维度
|
||||||
|
shape := t.Data.Shape()
|
||||||
|
|
||||||
|
if len(shape) != 2 {
|
||||||
|
// 如果不是二维,则将其视为一维(单个样本)
|
||||||
|
origSize := t.Size()
|
||||||
|
shape = []int{1, origSize}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
rows, cols := shape[0], shape[1]
|
||||||
|
|
||||||
|
// 计算softmax,按行进行
|
||||||
|
resultData := make([]float64, t.Size())
|
||||||
|
|
||||||
|
for r := 0; r < rows; r++ {
|
||||||
|
// 找到当前行的最大值,用于数值稳定性
|
||||||
|
maxVal := -math.Inf(1)
|
||||||
|
for c := 0; c < cols; c++ {
|
||||||
|
var val float64
|
||||||
|
var err error
|
||||||
|
|
||||||
|
if len(t.Data.Shape()) == 2 {
|
||||||
|
val, err = t.Data.Get(r, c)
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
// 如果原数据不是二维的,我们按顺序取值
|
||||||
|
val, err = t.Data.Get(r*cols+c)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if val > maxVal {
|
||||||
|
maxVal = val
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// 计算指数和
|
||||||
|
expSum := 0.0
|
||||||
|
tempVals := make([]float64, cols)
|
||||||
|
for c := 0; c < cols; c++ {
|
||||||
|
var val float64
|
||||||
|
var err error
|
||||||
|
|
||||||
|
if len(t.Data.Shape()) == 2 {
|
||||||
|
val, err = t.Data.Get(r, c)
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
// 如果原数据不是二维的,我们按顺序取值
|
||||||
|
val, err = t.Data.Get(r*cols+c)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
expVal := math.Exp(val - maxVal) // 减去最大值提高数值稳定性
|
||||||
|
tempVals[c] = expVal
|
||||||
|
expSum += expVal
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// 计算softmax值
|
||||||
|
for c := 0; c < cols; c++ {
|
||||||
|
resultData[r*cols+c] = tempVals[c] / expSum
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
resultMatrix, _ := gomatrix.NewMatrix(resultData, shape)
|
||||||
|
|
||||||
|
output := &Tensor{
|
||||||
|
Data: resultMatrix,
|
||||||
|
Op: "softmax",
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
output.Prevs[0] = t
|
||||||
|
output.Num_Prevs = 1
|
||||||
|
|
||||||
|
output.backwardFunc = func() {
|
||||||
|
if t.Grad != nil {
|
||||||
|
// 计算softmax的梯度
|
||||||
|
gradData := make([]float64, t.Size())
|
||||||
|
|
||||||
|
for r := 0; r < rows; r++ {
|
||||||
|
for c1 := 0; c1 < cols; c1++ {
|
||||||
|
gradSum := 0.0
|
||||||
|
for c2 := 0; c2 < cols; c2++ {
|
||||||
|
var s1, s2 float64
|
||||||
|
var err error
|
||||||
|
|
||||||
|
if len(resultMatrix.Shape()) == 2 {
|
||||||
|
s1, err = resultMatrix.Get(r, c1)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
s2, err = resultMatrix.Get(r, c2)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
s1, err = resultMatrix.Get(r*cols+c1)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
s2, err = resultMatrix.Get(r*cols+c2)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
var ds_din float64
|
||||||
|
if c1 == c2 {
|
||||||
|
ds_din = s1 * (1 - s2) // softmax导数:si*(1-sj) if i=j
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
ds_din = -s1 * s2 // softmax导数:-si*sj if i!=j
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
var outGrad float64
|
||||||
|
if len(output.Grad.Shape()) == 2 {
|
||||||
|
outGrad, _ = output.Grad.Get(r, c2)
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
outGrad, _ = output.Grad.Get(r*cols+c2)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
gradSum += ds_din * outGrad
|
||||||
|
}
|
||||||
|
gradData[r*cols+c1] = gradSum
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
gradMatrix, _ := gomatrix.NewMatrix(gradData, shape)
|
||||||
|
|
||||||
|
// 将梯度加到原张量的梯度上
|
||||||
|
newGrad, _ := t.Grad.Add(gradMatrix)
|
||||||
|
t.Grad = newGrad
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return output
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// MeanSquaredError 均方误差损失函数
|
||||||
|
func (t *Tensor) MeanSquaredError(target *Tensor) *Tensor {
|
||||||
|
// 计算预测值和真实值之间的差值
|
||||||
|
diff, _ := t.Data.Subtract(target.Data)
|
||||||
|
|
||||||
|
// 计算平方差
|
||||||
|
squaredDiff, _ := diff.Multiply(diff)
|
||||||
|
|
||||||
|
// 计算均值
|
||||||
|
var total float64
|
||||||
|
for i := 0; i < squaredDiff.Size(); i++ {
|
||||||
|
var val float64
|
||||||
|
var err error
|
||||||
|
|
||||||
|
shape := squaredDiff.Shape()
|
||||||
|
if len(shape) == 1 {
|
||||||
|
val, err = squaredDiff.Get(i)
|
||||||
|
} else if len(shape) == 2 {
|
||||||
|
_, cols := shape[0], shape[1]
|
||||||
|
val, err = squaredDiff.Get(i/cols, i%cols)
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
// 对于其他情况,简单地按索引获取
|
||||||
|
val, err = squaredDiff.Get(i)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
total += val
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
mseVal := total / float64(squaredDiff.Size())
|
||||||
|
mseData := []float64{mseVal}
|
||||||
|
mseMatrix, _ := gomatrix.NewMatrix(mseData, []int{1})
|
||||||
|
|
||||||
|
output := &Tensor{
|
||||||
|
Data: mseMatrix,
|
||||||
|
Op: "mse",
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
output.Prevs[0] = t
|
||||||
|
output.Num_Prevs = 1
|
||||||
|
|
||||||
|
output.backwardFunc = func() {
|
||||||
|
if t.Grad != nil {
|
||||||
|
// MSE损失函数的梯度是 2*(prediction - target)/N
|
||||||
|
gradData := make([]float64, t.Size())
|
||||||
|
n := float64(t.Size())
|
||||||
|
|
||||||
|
for i := 0; i < t.Size(); i++ {
|
||||||
|
var predVal, targetVal float64
|
||||||
|
var err error
|
||||||
|
|
||||||
|
shape := t.Data.Shape()
|
||||||
|
if len(shape) == 1 {
|
||||||
|
predVal, err = t.Data.Get(i)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
targetVal, err = target.Data.Get(i)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else if len(shape) == 2 {
|
||||||
|
_, cols := shape[0], shape[1]
|
||||||
|
predVal, err = t.Data.Get(i/cols, i%cols)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
targetVal, err = target.Data.Get(i/cols, i%cols)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
// 对于其他情况
|
||||||
|
predVal, err = t.Data.Get(i)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
targetVal, err = target.Data.Get(i)
|
||||||
|
if err != nil {
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
gradData[i] = 2 * (predVal - targetVal) / n
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
gradMatrix, _ := gomatrix.NewMatrix(gradData, t.Data.Shape())
|
||||||
|
|
||||||
|
// 将梯度加到原张量的梯度上
|
||||||
|
newGrad, _ := t.Grad.Add(gradMatrix)
|
||||||
|
t.Grad = newGrad
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return output
|
||||||
|
}
|
||||||
232
tensor.go
232
tensor.go
|
|
@ -1,6 +1,9 @@
|
||||||
package gotensor
|
package gotensor
|
||||||
|
|
||||||
import "git.kingecg.top/kingecg/gomatrix"
|
import (
|
||||||
|
"git.kingecg.top/kingecg/gomatrix"
|
||||||
|
"math"
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
const (
|
const (
|
||||||
Max_Prevs = 10
|
Max_Prevs = 10
|
||||||
|
|
@ -295,6 +298,233 @@ func (t *Tensor) String() string {
|
||||||
return t.Data.String()
|
return t.Data.String()
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// Sigmoid 激活函数
|
||||||
|
func (t *Tensor) Sigmoid() *Tensor {
|
||||||
|
// 计算每个元素的sigmoid值
|
||||||
|
inputShape := t.Data.Shape()
|
||||||
|
resultData := make([]float64, t.Data.Size())
|
||||||
|
|
||||||
|
// 遍历所有元素计算sigmoid
|
||||||
|
idx := 0
|
||||||
|
if len(inputShape) == 1 {
|
||||||
|
for i := 0; i < inputShape[0]; i++ {
|
||||||
|
val, _ := t.Data.Get(i)
|
||||||
|
resultData[idx] = sigmoid(val)
|
||||||
|
idx++
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else if len(inputShape) == 2 {
|
||||||
|
rows, cols := inputShape[0], inputShape[1]
|
||||||
|
for i := 0; i < rows; i++ {
|
||||||
|
for j := 0; j < cols; j++ {
|
||||||
|
val, _ := t.Data.Get(i, j)
|
||||||
|
resultData[idx] = sigmoid(val)
|
||||||
|
idx++
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else if len(inputShape) == 4 {
|
||||||
|
batch, ch, h, w := inputShape[0], inputShape[1], inputShape[2], inputShape[3]
|
||||||
|
for b := 0; b < batch; b++ {
|
||||||
|
for c := 0; c < ch; c++ {
|
||||||
|
for h_idx := 0; h_idx < h; h_idx++ {
|
||||||
|
for w_idx := 0; w_idx < w; w_idx++ {
|
||||||
|
val, _ := t.Data.Get(b, c, h_idx, w_idx)
|
||||||
|
resultData[idx] = sigmoid(val)
|
||||||
|
idx++
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
result, _ := gomatrix.NewMatrix(resultData, inputShape)
|
||||||
|
|
||||||
|
output := &Tensor{
|
||||||
|
Data: result,
|
||||||
|
Op: "sigmoid",
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
output.Prevs[0] = t
|
||||||
|
output.Num_Prevs = 1
|
||||||
|
|
||||||
|
output.backwardFunc = func() {
|
||||||
|
if t.Grad != nil {
|
||||||
|
// Sigmoid的导数: sigmoid(x) * (1 - sigmoid(x))
|
||||||
|
gradData := make([]float64, t.Data.Size())
|
||||||
|
gradIdx := 0
|
||||||
|
|
||||||
|
if len(inputShape) == 1 {
|
||||||
|
for i := 0; i < inputShape[0]; i++ {
|
||||||
|
sigmoidVal, _ := result.Get(i)
|
||||||
|
gradData[gradIdx] = sigmoidVal * (1 - sigmoidVal)
|
||||||
|
gradIdx++
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else if len(inputShape) == 2 {
|
||||||
|
rows, cols := inputShape[0], inputShape[1]
|
||||||
|
for i := 0; i < rows; i++ {
|
||||||
|
for j := 0; j < cols; j++ {
|
||||||
|
sigmoidVal, _ := result.Get(i, j)
|
||||||
|
gradData[gradIdx] = sigmoidVal * (1 - sigmoidVal)
|
||||||
|
gradIdx++
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else if len(inputShape) == 4 {
|
||||||
|
batch, ch, h, w := inputShape[0], inputShape[1], inputShape[2], inputShape[3]
|
||||||
|
for b := 0; b < batch; b++ {
|
||||||
|
for c := 0; c < ch; c++ {
|
||||||
|
for h_idx := 0; h_idx < h; h_idx++ {
|
||||||
|
for w_idx := 0; w_idx < w; w_idx++ {
|
||||||
|
sigmoidVal, _ := result.Get(b, c, h_idx, w_idx)
|
||||||
|
gradData[gradIdx] = sigmoidVal * (1 - sigmoidVal)
|
||||||
|
gradIdx++
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
gradMatrix, _ := gomatrix.NewMatrix(gradData, inputShape)
|
||||||
|
|
||||||
|
// 与输出梯度相乘
|
||||||
|
gradWithOutput, _ := gradMatrix.Multiply(output.Grad)
|
||||||
|
grad, _ := t.Grad.Add(gradWithOutput)
|
||||||
|
t.Grad = grad
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return output
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// ReLU 激活函数
|
||||||
|
func (t *Tensor) ReLU() *Tensor {
|
||||||
|
// 计算每个元素的ReLU值
|
||||||
|
inputShape := t.Data.Shape()
|
||||||
|
resultData := make([]float64, t.Data.Size())
|
||||||
|
|
||||||
|
// 遍历所有元素计算ReLU
|
||||||
|
idx := 0
|
||||||
|
if len(inputShape) == 1 {
|
||||||
|
for i := 0; i < inputShape[0]; i++ {
|
||||||
|
val, _ := t.Data.Get(i)
|
||||||
|
if val > 0 {
|
||||||
|
resultData[idx] = val
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
resultData[idx] = 0
|
||||||
|
}
|
||||||
|
idx++
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else if len(inputShape) == 2 {
|
||||||
|
rows, cols := inputShape[0], inputShape[1]
|
||||||
|
for i := 0; i < rows; i++ {
|
||||||
|
for j := 0; j < cols; j++ {
|
||||||
|
val, _ := t.Data.Get(i, j)
|
||||||
|
if val > 0 {
|
||||||
|
resultData[idx] = val
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
resultData[idx] = 0
|
||||||
|
}
|
||||||
|
idx++
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else if len(inputShape) == 4 {
|
||||||
|
batch, ch, h, w := inputShape[0], inputShape[1], inputShape[2], inputShape[3]
|
||||||
|
for b := 0; b < batch; b++ {
|
||||||
|
for c := 0; c < ch; c++ {
|
||||||
|
for h_idx := 0; h_idx < h; h_idx++ {
|
||||||
|
for w_idx := 0; w_idx < w; w_idx++ {
|
||||||
|
val, _ := t.Data.Get(b, c, h_idx, w_idx)
|
||||||
|
if val > 0 {
|
||||||
|
resultData[idx] = val
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
resultData[idx] = 0
|
||||||
|
}
|
||||||
|
idx++
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
result, _ := gomatrix.NewMatrix(resultData, inputShape)
|
||||||
|
|
||||||
|
output := &Tensor{
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Data: result,
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Op: "relu",
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}
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output.Prevs[0] = t
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output.Num_Prevs = 1
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output.backwardFunc = func() {
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if t.Grad != nil {
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// ReLU的导数: 输入大于0时为1,否则为0
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gradData := make([]float64, t.Data.Size())
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gradIdx := 0
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if len(inputShape) == 1 {
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for i := 0; i < inputShape[0]; i++ {
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val, _ := t.Data.Get(i)
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if val > 0 {
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gradData[gradIdx] = 1
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} else {
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gradData[gradIdx] = 0
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}
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gradIdx++
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}
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} else if len(inputShape) == 2 {
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rows, cols := inputShape[0], inputShape[1]
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for i := 0; i < rows; i++ {
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for j := 0; j < cols; j++ {
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val, _ := t.Data.Get(i, j)
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if val > 0 {
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gradData[gradIdx] = 1
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} else {
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gradData[gradIdx] = 0
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}
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gradIdx++
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}
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}
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} else if len(inputShape) == 4 {
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batch, ch, h, w := inputShape[0], inputShape[1], inputShape[2], inputShape[3]
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for b := 0; b < batch; b++ {
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for c := 0; c < ch; c++ {
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||||||
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for h_idx := 0; h_idx < h; h_idx++ {
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for w_idx := 0; w_idx < w; w_idx++ {
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val, _ := t.Data.Get(b, c, h_idx, w_idx)
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if val > 0 {
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gradData[gradIdx] = 1
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} else {
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gradData[gradIdx] = 0
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}
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gradIdx++
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}
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}
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}
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}
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}
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gradMatrix, _ := gomatrix.NewMatrix(gradData, inputShape)
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// 与输出梯度相乘
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gradWithOutput, _ := gradMatrix.Multiply(output.Grad)
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grad, _ := t.Grad.Add(gradWithOutput)
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t.Grad = grad
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}
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}
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return output
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}
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// sigmoid 计算sigmoid函数值
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func sigmoid(x float64) float64 {
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if x > 0 {
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z := math.Exp(-x)
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return 1 / (1 + z)
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} else {
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z := math.Exp(x)
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return z / (1 + z)
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}
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}
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// Backward 执行反向传播
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// Backward 执行反向传播
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func (t *Tensor) Backward() {
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func (t *Tensor) Backward() {
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if t.backwardFunc != nil {
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if t.backwardFunc != nil {
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