机器学习 李宏毅 L36L37-RNN

RNN介绍

这里介绍slot fillng，可以使用Feedforward network。对于输入的词汇，可以采用1 of N编码或者其他方式，输入后，进行归类操作。但是，由于网络没有记忆力，所以对于前后语句有关联的问题，很难解决。需要采用recurrent neural network。每一次hidden layer的输出会被存储，然后作为共同输入进行网络操作。也就是说，输入的顺序会影响输出的结果。



当然，RNN可以采用deep structure的形式。RNN可以采用hidden layer的值进行存储而后续使用，称为Elman network，当然也可以采用Output layer输出值进行存储，称为Jordan Network。RNN可以采用双向的形式，如下图所示，其好处是RNN能够接触到的数据范围既包括正向的信息，也包括反向的信息，因此其信息利用率较高。



一个较为广泛的例子是LSTM，long short-term memory，其memory形式较为常用。包含三个部分，首先是input gate，如果网络的一部分想要写入memory，则需要通过input gate，该gate由signal control（scalar）进行控制，这个控制信号同样由网络的一部分进行控制，这些都是通过训练数据学习得到。对于memory数据读取，同样也存在一个output gate，决定其他网络是否可以从中读取数据。第三个部分是forget gate，可以决定memory cell什么时候檫除内部数据，进行format操作，这也是有网络其他部分决定的。因此，如下图所示，可以认为LSTM有四个输入，一个输出。



更详细的LSTM如下图所示，包含了输入信号z，输入控制信号zi，forget gate控制信号zf，输出控制信号zg。一般的三个控制信号多采用sigmoid function，值范围为0~1，代表gate打开的程度。



与神经网络的原形有所差异，LSTM需要四个输入，因此需要将输入乘以不同的权重，作为各个输入的情况，然后将LSTM作为神经元进行训练操作。

与RNN的关系是，可以将memroy cell里面数据表示成一个vector，表示为ct−1ct−1；而对于输入数据，可以通过矩阵乘法转换为四个向量，z,zi,zo,zfz,zi,zo,zf。



2018年2月8日

同样可以采用GD进行训练，对于RNN可以采用BPTT进行参数更新。但是很多情况下，RNN的误差曲线可能会出现不收敛的情况，其可能原因是程序出现bug或者是由于RNN的误差曲线存在问题。如下图所示，RNN的error surface很崎岖，要么非常平坦，要么非常陡峭。这种特性来自于memory效应，由于具有记忆效应，因此对于输入的一点变化，可能会造成 gradient explode或者gradient vanishing。



采用LSTM进行训练，可以解决gradient vanishing。LSTM存在一个forget gate，可以在适当时候将memory进行清空。

一个较为有趣的模型为Attention-based Model，对于能够操作reading head controller和writing head controller的情况，最终形成了neural turing machine。使用的场景包括reading comprehension。

Deep and structured learning的区别

Deep learning能够实现较好的功能。



二者可以结合，可以通过RNN进行预处理，然后进行structured learning。例如，语音处理可以如下图处理，将二者进行结合。还可以进行semantic tagging，



2018年2月9日