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什么是RNN?RNN可以做什么?

更新時間:2020年07月09日16時07分 來源:傳智播客 瀏覽次數(shù):

什么是RNN?

RNN的思想是利用序列化的信息。在傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中,我們假設(shè)所有輸入和輸出彼此獨(dú)立。但對于許多任務(wù)而言,這個假設(shè)有問題。例如你想預(yù)測句子中的下一個單詞,就需要知道它前面有哪些單詞。

RNN被稱為循環(huán),因?yàn)樗鼘π蛄辛械拿總€元素執(zhí)行相同的任務(wù),并且基于先前的計(jì)算進(jìn)行輸出。RNN的另一個優(yōu)點(diǎn)是它具有“記憶”,它可以收集到目前為止已經(jīng)計(jì)算的信息。理論上,RNN可以在任意長的序列中使用信息,但實(shí)際使用中僅僅往回記錄幾步。這是典型的RNN的樣子:

1594281105997_神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)RNN.jpg

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RNN可以做什么?

RNN在許多NLP任務(wù)中取得了巨大成功。 在這個領(lǐng)域最常用的RNN類型是LSTM,它在捕獲長期依賴方面要比普通的RNN好得多。但不要擔(dān)心,LSTM和RNN基本相同,它們只是采用不同的方式來計(jì)算隱藏狀態(tài)。以下是RNP在NLP中的一些示例應(yīng)用。

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機(jī)?翻譯

機(jī)?翻譯類似于語言模型,因?yàn)槲覀兊妮斎胧窃凑Z言中的一系列單詞(例如德語)。我們希望輸出目標(biāo)語言的一系列單詞(例如英語)。關(guān)鍵的區(qū)別是只有輸入完整之后才會進(jìn)行輸出,因?yàn)槲覀兎g的句子的第一個單詞可能需要從完整的輸入序列中獲取信息。

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語音識別
給定來自聲波的聲學(xué)信號作為輸入序列,我們可以預(yù)測一系列語音片段及其概率。


生成圖像描述
RNN作為模型的一部分與卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一起生成未標(biāo)記圖像的描述。這個組合模型非常令人驚訝的,結(jié)果很不不錯。 組合模型甚至可以把生成的單詞與圖像中找到的特征對應(yīng)起來。

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訓(xùn)練RNN

訓(xùn)練RNN類似于訓(xùn)練傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。我們也使用反向傳播算法,但有點(diǎn)調(diào)整。由于參數(shù)由?絡(luò)中的所有步驟共享,因此每個輸出的梯度不僅取決于當(dāng)前時刻的計(jì)算結(jié)果,還取決于先前的步驟的計(jì)算結(jié)果。例如,為了計(jì)算t=4處的梯度,我們需要反向傳播3步并把梯度相加,這種被稱為基于時間的反向傳播算法(BPTT)。由于存在梯度消失/梯度爆炸的問題,用BPTT訓(xùn)練的普通RNN難以學(xué)習(xí)期依賴(例如相距很遠(yuǎn)的步驟之間的依賴性)。但是存在一些處理這些問題的方法,并且某些類型的RNN(如 LSTM)是專門為解決這些問題而設(shè)計(jì)的。

RNN擴(kuò)展

多年來,研究人員開發(fā)了更復(fù)雜的RNN來解決普通RNN模型的一些缺點(diǎn)。這里會簡要概述,以便您熟悉模型的分類。

雙向RNN基于以下思想:時間t處的輸出可能不僅取決于序列中的先前元素,還取決于未來元素。 例如,要預(yù)測序列中缺少的單詞,您需要查看左側(cè)和右側(cè)上下文。雙向RNN非常簡單。它們只是兩個堆疊在一起的RNN。然后基于兩個RNN的隱藏狀態(tài)計(jì)算輸出。

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深度(雙向)RNN類似于雙向RNN,只是我們現(xiàn)在每個時間步有多個層。在實(shí)踐中,這為我們提供了更高的學(xué)習(xí)能力(但需要大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù))。

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