LSTM理解

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我是靠谱客的博主伶俐冰棍，最近开发中收集的这篇文章主要介绍LSTM理解，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

LSTM理解

RNN结构：

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激活函数 Tanh 作用在于帮助调节流经网络的值，使得数值始终限制在 -1 和 1 之间。

LSTM

LSTM同样是这样的结构，但是重复的模块拥有一个不同的结构。具体来说，RNN是重复单一的神经网络层，LSTM中的重复模块则包含四个交互的层，三个Sigmoid 和一个tanh层，并以一种非常特殊的方式进行交互。
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上图中，σ表示的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。

相当于要么是1则记住，要么是0则忘掉，所以还是这个原则：因记忆能力有限，记住重要的，忘记无关紧要的。
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此外，对于图中使用的各种元素的图标中，每一条黑线传输着一整个向量，从一个节点的输出到其他节点的输入。粉色的圈代表pointwise的操作，诸如向量的和，而黄色的矩阵就是学习到的神经网络层。合在一起的线表示向量的连接，分开的线表示内容被复制，然后分发到不同的位置。
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LSTM有通过精心设计的称作为“门”的结构来去除或者增加信息到细胞状态的能力。门是一种让信息选择式通过的方法。他们包含一个sigmoid神经网络层和一个pointwise乘法的非线性操作。

如此，0代表“不许任何量通过”，1就指“允许任意量通过”！从而使得网络就能了解哪些数据是需要遗忘，哪些数据是需要保存。
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LSTM拥有三种类型的门结构：遗忘门/忘记门、输入门和输出门，来保护和控制细胞状态。下面，我们来介绍这三个门。

忘记门
在我们LSTM中的第一步是决定我们会从细胞状态中丢弃什么信息。这个决定通过一个称为“忘记门”的结构完成。该忘记门会读取上一个输出和当前输入，做一个Sigmoid 的非线性映射，然后输出一个向量（该向量每一个维度的值都在0到1之间，1表示完全保留，0表示完全舍弃，相当于记住了重要的，忘记了无关紧要的），最后与细胞状态相乘。

类比到语言模型的例子中，则是基于已经看到的预测下一个词。在这个问题中，细胞状态可能包含当前主语的性别，因此正确的代词可以被选择出来。当我们看到新的主语，我们希望忘记旧的主语，进而决定丢弃信息。
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大部分初学的读者看到这，可能会有所懵逼，没关系，我们分以下两个步骤理解：

对于上图右侧公式中的权值，准确的说其实是不共享，即是不一样的。有的同学可能第一反应是what？别急，我展开下你可能就瞬间清晰了，即：
至于右侧公式和左侧的图是怎样的一个一一对应关系呢？如果是用有方向的水流表示计算过程则将一目了然，上动图！红圈表示Sigmoid 激活函数，篮圈表示tanh 函数：

输入门
下一步是确定什么样的新信息被存放在细胞状态中。这里包含两个部分：

第一，sigmoid层称“输入门层”决定什么值我们将要更新；
第二，一个tanh层创建一个新的候选值向量，会被加入到状态中。
下一步，我们会讲这两个信息来产生对状态的更新。

在我们语言模型的例子中，我们希望增加新的主语的性别到细胞状态中，来替代旧的需要忘记的主语，进而确定更新的信息。
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继续分两个步骤来理解：

首先，为便于理解图中右侧的两个公式，我们展开下计算过程，即
其次，上动图！

细胞状态
现在是更新旧细胞状态的时间了，ct-t更新为ct。前面的步骤已经决定了将会做什么，我们现在就是实际去完成。
我们把旧状态与ft相乘，丢弃掉我们确定需要丢弃的信息。接着加上it*ct_hat。这就是新的候选值，根据我们决定更新每个状态的程度进行变化。
在语言模型的例子中，这就是我们实际根据前面确定的目标，丢弃旧代词的性别信息并添加新的信息的地方，类似更新细胞状态。
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