葫蘆書筆記 迴圈神經網路(RNN)

2021-10-25 03:56:42 字數 1976 閱讀 9811

迴圈神經網路(rnn)是用來建模序列化資料的一種主流深度學習模型。

##迴圈神經網路和卷積神經網路

速記:迴圈聖經網路可以很好地處理文字資料變長並且有序的輸入序列

rnn的前向傳播公式

n et

t=ux

t+wh

t−

1net_t=ux_t+wh_

nett​=

uxt​

+wht

−1​

h t=

f(ne

tt

)h_t=f(net_t)

ht​=f(

nett

​)y =g

(vht

)y=g(vh_t)

y=g(vh

t​)速記:使用bptt(基於時間的反向傳播)來求解時,純銅的迴圈神經網路梯度可以表示成連城的形式,原因和普通神經網路相似。改進方法為lstm,gru等變種模型。

在迴圈神經網路中能否使用relu作為啟用函式?

速記:可以,但是需要對矩陣的初值做一定限制,否則容易引發數值問題。

詳細:為解釋這個問題,先給出rnn的前向傳播公式

n et

t=ux

t+wh

t−

1net_t=ux_t+wh_

nett​=

uxt​

+wht

−1​

h t=

f(ne

tt

)h_t=f(net_t)

ht​=f(

nett

​)根據前向傳播公式向前傳遞一層,可以得到

n et

t=ux

t+wh

t−1=

uxt+

wf(u

xt−1

+wht

−2

)net_t=ux_t+wh_=ux_t+wf(ux_+wh_)

nett​=

uxt​

+wht

−1​=

uxt​

+wf(

uxt−

1​+w

ht−2

​)如果採用relu替代公式中的啟用函式f

ff,並且假設relu函式一直處於啟用區域(即輸入大於0),則有f(x

)=x,

nett

=uxt

+w(u

xt−1

+wht

−2

)f(x)=x,net_t=ux_t+w(ux_+wh_)

f(x)=x

,net

t​=u

xt​+

w(ux

t−1​

+wht

−2​)

,繼續將其展開,net

tnet_t

nett

​的表示式中最終會包含t個w連乘。如果w不是單位矩陣,最終結果將會居於0或者無窮,依法嚴重的數值問題。即使採用了relu啟用函式,只要w不是單位矩陣梯度還是會消失或者**。

綜上所述,當採用relu作為迴圈神經網路中隱含層的啟用函式時,只有當w 的取值在單位矩陣附近時才能取得比較好的效果,因此需要將w初始化為單位矩 陣。實驗證明,初始化w為單位矩陣並使用relu啟用函式在一些應用中取得了與 長短期記憶模型相似的結果,並且學習速度比長短期記憶模型更快,是乙個值得 嘗試的小技巧。

##長短時記憶網路(lstm)

速記:加入乙個遺忘門和輸入門以及輸出門。輸入門控制當前計算的新狀態以多大程度更新到記憶單元中;以往門控制前一步記憶單元的資訊有多大程度被遺忘掉;輸出門控制當前的輸出有多大程度上取決於當前的記憶單元。

速記:在lstm中,遺忘門、輸入門和輸出門都是用sigmoid函式作為啟用函式;在生成候選記憶時,使用雙曲正切函式tanh作為啟用函式. 可以使用別的啟用函式,最開始的時候用的就是sigmoid的變種。

##seq2seq 模型

在後面的文章裡再具體寫下去。

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