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循环神经网络(RNN)
人们不是每一秒都从头开始思考，就像你浏览本文时，不会从头去重新学习一个文字，人类的思维是有持续性的。传统的卷积神经网络没有记忆，不能解决这一个问题，循环神经网络 (Recurrent Neural Networks) 能够解决这一个问题，在循环神经网络中，通过循环能够解决没有记忆的问题，如下图：
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看到这里，你可能还是不了解为什循环神经网络就能够有记忆。咱们把这个图开展：
能够看出，咱们输出 $X_0$ 后，首先正告训练，失去输入 $h_0$，同时会把这个输入传递给下一次训练 $X_1$，一般的神经网络是不会这样做的，这时对 $X_1$ 进行训练时，输出就包含了 $X_1$ 自身和 训练 $X_0$ 的输入，后面的训练对前面有印象，同样的情理，之后的每一次训练都收到了后面的输入的影响(对 $X_1$ 训练的输入传递给训练 $X_2$ 的过程，$X_0$ 对 $X_2$ 的影响是间接的)。
遇到的问题
循环神经网络很好用，然而还有一些问题，次要体现在没方法进行长期记忆。咱们能够设想(也有论文证实)，后期的某一次输出，在较长的链路上传递时，对前面的影响越来越小，相当于网络有肯定的记忆能力，然而记忆力只有 7 秒，很快就遗记了，如下图 $X_0$ 和 $X_1$ 对 $h_{t+1}$ 的影响就比拟小了（实践上通过调整参数防止这个问题，然而寻找这个参数太难了，实际中不好利用，因而能够近似认为不可行），LSTM 的提出就是为了解决这个问题的。
LSTM
LSTM(Long Short Term Memory)实质还是一种 RNN，只不过其中的那个循环，上图中的那个 A 被从新设计了，目标就是为了解决记忆工夫不够长的问题，其余神经网络致力调整参数为的是使记忆力更好一点，后果 LSTM 天生过目不忘，几乎降维打击！
一般的 RNN 中的 A 如下图，前一次的输出和本次的输出，进行一次运算，图中用的是 tanh：
相比拟起来，LSTM 中的 A 就显得简单了好多，不是上图繁多的神经网络层，而是有四层，如下图，并且仿佛这么看还有点看不懂，这就是本文须要重点剖析的内容，仔细认真读上来，定会有播种：
定义一些图形的含意，黄色方框是简略的神经网络层；粉色的代表逐点操作，如加法乘法；还有合并和离开 (拷贝) 操作：
核心思想
首先看下图高亮局部，前一次的输入，能够简直没有妨碍的始终沿着这条高速公路流动，如许简略奢侈的思维，既然心愿后面的训练不被忘记，那就始终传递上来：
当然，为了让这种传递更加有意义，须要退出一些门的管制，这种门具备选择性，能够齐全通过，能够齐全不通过，能够局部通过，S 函数 (Sigmoid) 能够达到这样的目标，上面这样就是一个简略的门：
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总结一下，咱们结构 LSTM 网络，这个网络有能力让后面的数据传递到最初，网络具备长期记忆的能力，同时也有门的管制，及时舍弃那些无用的记忆。
详细分析
有了这样的核心思想，再看这个网络就简略了好多，从左到右第一层是“选择性遗记”。咱们依据前一次的输入和本次的输出，通过 Sigmoid 判断出前一次哪些记忆须要保留和遗记：
第二局部又分为了两个局部，一个局部是“输出门层”，用 Sigmoid 决定哪些信息须要进行更新，另一个局部是创立候选值向量，即本次输出和上次输入进行初步计算后的中间状态：
通过后面的计算，咱们能够更新单元格的状态了。第一步，前一个的单元格哪些数据须要传递，哪些数据须要遗记；第二步，本次的哪些数据须要更新，乘以本次计算的中间状态能够失去本次的更新数据；再把前两步的数据相加，就是新的单元格状态，能够持续向后传递。
这一步须要决定咱们的输入：第一步，咱们用 Sigmoid 来判断咱们须要输入的局部；第二步，把下面计算失去的单元格状态通过 tanh 计算将数据整顿到 -1 到 1 的区间内；第三步，把第一步和第二步的数据相乘，就失去了最初的输入：
总结一下咱们刚刚做了什么：咱们首先通过本次的输出和上次的输入，判断出上次单元格状态有哪些数据须要保留或舍弃，再依据本次的输出进行网络训练，进一步失去本次训练的单元格状态和输入，并将单元格状态和本次的输入持续往后传递。
这里有一个疑难，为什么须要舍弃？举个例子，翻译一篇文章，一篇文章前一段介绍某一个人的详细信息和背景，下一段介绍明天产生的某个故事，两者的关系是弱耦合的，须要及时舍弃后面对人背景信息的记忆，才会更好的翻译上面的故事。
其余一些基于 LSTM 修改版的网络，实质是一样的，只不过把某些中央买通了，有论文验证过，个别状况下对训练的后果影响很小，这里不开展介绍，大同小异，修内功而不是那些奇奇怪怪的招式：
总结
本文介绍了长短期记忆网络，在大多数状况下，若在某个畛域用 RNN 获得了比拟好的成果，其很可能就是应用的 LSTM。这是一篇好文，本文图片来自 Understanding-LSTMs，值得一读。
- 本文首发自: RAIS
