热门标签 | HotTags
当前位置:  开发笔记 > 人工智能 > 正文

RNN/LSTM/GRU/seq2seq公式推导

概括:RNN适用于处理序列数据用于预测,但却受到短时记忆的制约。LSTM和GRU采用门结构来克服短时记忆的影响。门结构可以调节流经序列链的信息流。LSTM和GRU被广泛地应用到语音识

  概括:RNN 适用于处理序列数据用于预测,但却受到短时记忆的制约。LSTM 和 GRU 采用门结构来克服短时记忆的影响。门结构可以调节流经序列链的信息流。LSTM 和 GRU 被广泛地应用到语音识别、语音合成和自然语言处理等。

1. RNN

  RNN 会受到短时记忆的影响。如果一条序列足够长,那它们将很难将信息从较早的时间步传送到后面的时间步。 因此,如果你正在尝试处理一段文本进行预测,RNN 可能从一开始就会遗漏重要信息。在反向传播期间,RNN 会面临梯度消失的问题。 梯度是用于更新神经网络的权重值,消失的梯度问题是当梯度随着时间的推移传播时梯度下降,如果梯度值变得非常小,就不会继续学习。

 

 图:RNN 的工作模式, 第一个词被转换成了机器可读的向量,然后 RNN 逐个处理向量序列。

(1)逐一处理矢量序列

处理时,RNN 将先前隐藏状态传递给序列的下一步。 而隐藏状态充当了神经网络记忆,它包含相关网络之前所见过的数据的信息.

(2)计算隐藏状态

首先,将输入和先前隐藏状态组合成向量, 该向量包含当前输入和先前输入的信息。 向量经过激活函数 tanh之后,输出的是新的隐藏状态或网络记忆.

 

 
  激活函数 Tanh:激活函数 Tanh 用于帮助调节流经网络的值。 tanh 函数将数值始终限制在 -1 和 1 之间.  

 

2. LSTM

 

  LSTM 和 GRU 是解决短时记忆问题的解决方案,它们具有称为“门”的内部机制,可以调节信息流。

  LSTM 的核心概念在于细胞状态以及“门”结构。细胞状态相当于信息传输的路径,让信息能在序列连中传递下去。你可以将其看作网络的“记忆”。理论上讲,细胞状态能够将序列处理过程中的相关信息一直传递下去。其实,LSTM 的记忆能力也没有很高,好像也就 100 来个单词的样子。

门的激活函数:Sigmoid

门结构中包含着 sigmoid 激活函数。Sigmoid 激活函数与 tanh 函数类似,不同之处在于 sigmoid 是把值压缩到 0~1 之间而不是 -1~1 之间。这样的设置有助于更新或忘记信息,因为任何数乘以 0 都得 0,这部分信息就会剔除掉。同样的,任何数乘以 1 都得到它本身,这部分信息就会完美地保存下来。这样网络就能了解哪些数据是需要遗忘,哪些数据是需要保存。

LSTM 有三种类型的门结构:遗忘门、输入门和输出门

  遗忘门

  遗忘门的功能是决定应丢弃或保留哪些信息。来自前一个隐藏状态的信息和当前输入的信息同时传递到 sigmoid 函数中去,输出值介于 0 和 1 之间,越接近 0 意味着越应该丢弃,越接近 1 意味着越应该保留。

  输入门

  输入门用于更新细胞状态。首先将前一层隐藏状态的信息和当前输入的信息传递到 sigmoid 函数中去。将值调整到 0~1 之间来决定要更新哪些信息。0 表示不重要,1 表示重要。

  其次还要将前一层隐藏状态的信息和当前输入的信息传递到 tanh 函数中去,创造一个新的侯选值向量。最后将 sigmoid 的输出值与 tanh 的输出值相乘,sigmoid 的输出值将决定 tanh 的输出值中哪些信息是重要且需要保留下来的。

  细胞状态

  下一步,就是计算细胞状态。首先前一层的细胞状态与遗忘向量逐点相乘。如果它乘以接近 0 的值,意味着在新的细胞状态中,这些信息是需要丢弃掉的。然后再将该值与输入门的输出值逐点相加,将神经网络发现的新信息更新到细胞状态中去。至此,就得到了更新后的细胞状态。

  输出门

  输出门用来确定下一个隐藏状态的值,隐藏状态包含了先前输入的信息。首先,我们将前一个隐藏状态和当前输入传递到 sigmoid 函数中,然后将新得到的细胞状态传递给 tanh 函数。

  最后将 tanh 的输出与 sigmoid 的输出相乘,以确定隐藏状态应携带的信息。再将隐藏状态作为当前细胞的输出,把新的细胞状态和新的隐藏状态传递到下一个时间步长中去。

 

具体公式:

 

3. GRU

两个门:

(1)更新门

  更新门的作用类似于 LSTM 中的遗忘门和输入门。它决定了要忘记哪些信息以及哪些新信息需要被添加。

(2)重置门

  重置门用于决定遗忘先前信息的程度。

  GRU 的张量运算较少,因此它比 LSTM 的训练更快一下。很难去判定这两者到底谁更好,研究人员通常会两者都试一下,然后选择最合适的。

 

具体公式:

 

 

4. seq2seq

 

 

 

参考文献:

【1】关于LSTM和GRU的详细图解指南

【2】时间序列(六): 炙手可热的RNN: LSTM

【3】LSTM与GRU

 


推荐阅读
  • 本文探讨了图像标签的多种分类场景及其在以图搜图技术中的应用,涵盖了从基础理论到实际项目实施的全面解析。 ... [详细]
  • 卷积神经网络(CNN)基础理论与架构解析
    本文介绍了卷积神经网络(CNN)的基本概念、常见结构及其各层的功能。重点讨论了LeNet-5、AlexNet、ZFNet、VGGNet和ResNet等经典模型,并详细解释了输入层、卷积层、激活层、池化层和全连接层的工作原理及优化方法。 ... [详细]
  • 2017年人工智能领域的十大里程碑事件回顾
    随着2018年的临近,我们一同回顾过去一年中人工智能领域的重要进展。这一年,无论是政策层面的支持,还是技术上的突破,都显示了人工智能发展的迅猛势头。以下是精选的2017年人工智能领域最具影响力的事件。 ... [详细]
  • 吴恩达推出TensorFlow实践课程,Python基础即可入门,四个月掌握核心技能
    量子位报道,deeplearning.ai最新发布了TensorFlow实践课程,适合希望使用TensorFlow开发AI应用的学习者。该课程涵盖机器学习模型构建、图像识别、自然语言处理及时间序列预测等多个方面。 ... [详细]
  • 大数据时代的机器学习:人工特征工程与线性模型的局限
    本文探讨了在大数据背景下,人工特征工程与线性模型的应用及其局限性。随着数据量的激增和技术的进步,传统的特征工程方法面临挑战,文章提出了未来发展的可能方向。 ... [详细]
  • 帝国CMS多图上传插件详解及使用指南
    本文介绍了一款用于帝国CMS的多图上传插件,该插件通过Flash技术实现批量图片上传功能,显著提升了多图上传效率。文章详细说明了插件的安装、配置和使用方法。 ... [详细]
  • PHP 5.5.0rc1 发布:深入解析 Zend OPcache
    2013年5月9日,PHP官方发布了PHP 5.5.0rc1和PHP 5.4.15正式版,这两个版本均支持64位环境。本文将详细介绍Zend OPcache的功能及其在Windows环境下的配置与测试。 ... [详细]
  • Win11扩展卷无法使用?解决扩展卷灰色问题的指南
    本文详细介绍了在Windows 11中遇到扩展卷灰色无法使用时的解决方案,帮助用户快速恢复磁盘扩展功能。 ... [详细]
  • 本题通过将每个矩形视为一个节点,根据其相对位置构建拓扑图,并利用深度优先搜索(DFS)或状态压缩动态规划(DP)求解最小涂色次数。本文详细解析了该问题的建模思路与算法实现。 ... [详细]
  • 最近团队在部署DLP,作为一个技术人员对于黑盒看不到的地方还是充满了好奇心。多次咨询乙方人员DLP的算法原理是什么,他们都以商业秘密为由避而不谈,不得已只能自己查资料学习,于是有了下面的浅见。身为甲方,虽然不需要开发DLP产品,但是也有必要弄明白DLP基本的原理。俗话说工欲善其事必先利其器,只有在懂这个工具的原理之后才能更加灵活地使用这个工具,即使出现意外情况也能快速排错,越接近底层,越接近真相。根据DLP的实际用途,本文将DLP检测分为2部分,泄露关键字检测和近似重复文档检测。 ... [详细]
  • 深入理解Redis的数据结构与对象系统
    本文详细探讨了Redis中的数据结构和对象系统的实现,包括字符串、列表、集合、哈希表和有序集合等五种核心对象类型,以及它们所使用的底层数据结构。通过分析源码和相关文献,帮助读者更好地理解Redis的设计原理。 ... [详细]
  • 脑机接口(BCI)技术正逐步将科幻变为现实,从帮助听障人士恢复听力到使瘫痪者重新站立,甚至可能将多年的学习过程压缩至瞬间。本文探讨了这一前沿技术的现状、挑战及其未来前景。 ... [详细]
  • 探索12个能显著提升iPhone使用体验的隐藏技巧,掌握这些功能后,你会发现生活更加便捷高效。 ... [详细]
  • 网易严选Java开发面试:MySQL索引深度解析
    本文详细记录了网易严选Java开发岗位的面试经验,特别针对MySQL索引相关的技术问题进行了深入探讨。通过本文,读者可以了解面试官常问的索引问题及其背后的原理。 ... [详细]
  • 本文详细介绍了在企业级项目中如何优化 Webpack 配置,特别是在 React 移动端项目中的最佳实践。涵盖资源压缩、代码分割、构建范围缩小、缓存机制以及性能优化等多个方面。 ... [详细]
author-avatar
手机用户2502905937_275
这个家伙很懒,什么也没留下!
PHP1.CN | 中国最专业的PHP中文社区 | DevBox开发工具箱 | json解析格式化 |PHP资讯 | PHP教程 | 数据库技术 | 服务器技术 | 前端开发技术 | PHP框架 | 开发工具 | 在线工具
Copyright © 1998 - 2020 PHP1.CN. All Rights Reserved | 京公网安备 11010802041100号 | 京ICP备19059560号-4 | PHP1.CN 第一PHP社区 版权所有