理解LSTM_lm算法原理介绍[通俗易懂]

注意：请先看解释GRU的博客，否则不容易看懂本文

1. 引入

GRU（门控循环单元）允许我们在序列学习中，学习非常深的连接。

其他类型的单元，也能做到这个效果，比如本文要讲的LSTM，它甚至比GRU的效果要好（更通用，更强大）。

下面是对GRU做的一个总结，需要深入了解的，可以先看（补充GRU博客链接）。

2. LSTM

LSTM是长短记忆网络（Long Short Term Memory units），LSTM的发明者在paper中详细论述了梯度消失问题的根本以及解决方法。

个人感觉，LSTM和GRU是比较类似的。所以先看懂GRU，会更容易理解LSTM。

LSTM和GRU相比，有两个不同点（特点）：

1. 在LSTM中，a不等于c

2. LSTM中，有两个门控

我们来看LSTM的式子（如下），Andrew NG说式子比流程图更容易理解，所以我们这里先讲式子，而大部分解释LSTM的文章，都是直接讲流程图的。

下面对公式进行一个最简单的解释：

1. 式（1）用于更新记忆细胞的值，会在式（5）中进行更新

2. 式（2）（3）（4）是3个门值

• update gate: 更新门
• forgate gate： 遗忘门
• output gate：输出门

3. 式（5）中进行更新记忆细胞的值，更新时，会根据两个门值来进行（update gate和forgate gate）

4. 式（6）计算本时刻的激活函数输出值a，即下一时刻的输入

我们把这个图展开（这里展开了3个时刻）

通过图中红色的线，我们可以发现，知道我们正确的设置了遗忘门（forget gate）和更新门（update gate），LSTM很容易把c<0>的值一直往下传递。比如c<0>可以一直传递到c<3>（c<3>=c<0>）。

从红色的这条线，就能发现，LSTM非常擅长长时间记忆某个值，即便经过了很长时间的传递。

3. 窥孔连接

上面2中讲述的LSTM，可能和其他某些资料中描述的LSTM有些不同（唯一的不同点，在下图公式中，用红色标注出来了）。

我们会发现，有些资料中讲述的LSTM，在输出门的计算上，还会考虑上一个时刻的记忆细胞c的值，这就是所谓“窥孔连接”（Peephole connection）。

“窥孔连接”，就是说，门值不仅仅取决于a和x，还取决于上一个时刻记忆细胞的值。

4. 什么时候用GRU，什么时候用LSTM

关于什么时候用GRU，什么时候用LSTM，其实没有统一的准则。而且从深度学习历史上，我们要知道，LSTM是在GRU之前出现的。

GRU是源于在复杂情况下，对LSTM模型做出的简化。所以：

1. GRU是个更简单的模型（相对于LSTM），所以用GRU更容易创建复杂网络，更容易适应规模更大的问题

2. GRU只有两个门，所以在计算上也会比LSTM快

3. LSTM会更加强大，因为它有3个门，而GRU只有2个

如果你在首次实验模型时，要从LSTM/GRU中选一个，目前大部分人还是会默认选择LSTM。但现在越来越多的团队也逐渐开始接受了GRU。

参考

• [1] Andrew Ng， sequence model class

今天的文章理解LSTM_lm算法原理介绍[通俗易懂]分享到此就结束了，感谢您的阅读。