DLNg序列模型第一周

1.为何选择序列模型？

给出上面一些序列数据的例子，真的很神奇，语音识别、音乐生成、情感分类、DNS序列分析、机器翻译、视频活动检测、命名实体识别。

2.数字符号

对于输入序列x,进行人名识别，输出中进行标识。其中T_x(i)表示第i个序列的长度，此处的例子=9.

如何表示单词，首先是有一个词典，假设为10000长度，那么每一个出现在字典中的单词都可以被表示为10000维的one-hot向量。

//但是这也太高维了，肯定有改进办法的。

3.RNN

为什么标准的神经网络不可以？

1.对于序列来说，不同的序列长度不同，那么输入输出在不同的例子中由不同的长度

2.他们在文本中不同位置的特征并不相同。

在RNN中，如yhat3是由前两个决定，而与后面的单词没有关系，这就对于下面的例子，不能判断teddy是否是人名，需要知道后面的内容，这就出现了双向RNN。

RNN的前向传播，a<0>被初始化为0向量，依次进行前向传播。下面是进行化简的形式。系数函数经常使用tanh/relu，激活（输出）函数使用sigmoid。

下面是化简形式的表示：

4.前向传播和反向传播

RNN中，输入x进行计算前向传播，得到结果后进行反向传播。反向传播是从每个计算结果yhat<i>开始。

首先使用原始序列中的x<1>和a<0>计算出时间激活项a<1>，然后用x<2>和a<1>计算a<2>等，一直计算到a<Tx>。Tx为序列长度。

其中绿色是计算需要的参数。

为进行反向传播，定义了损失函数，类似逻辑回归，；

例如在人名识别中，y<t>是人名，那么值=1，得到的yhat<t>则是P（人名）概率值，对序列中所有单词求损失和就得到了真正的损失函数。

损失就是把每个单独时间步的损失都加起来。

5.不同类型的RNN

T_x与T_y的长度可能不同，在命名实体识别中，输入输出序列是等长的，但是在第一页PPT中提到的序列数据中，比如音乐生成，输入可能是空集；在电影评价时，输入可能是评价，输出是数字；在机器翻译时，输入是法文，输出是英文等例子。

多对多tx=ty举例，每个xi对应输出一个yi；在情感分类中，是多对一，输入是电影评价，输出y等；

一对多，音乐生成，其中每部输出的y都作为下一个时间的输入；

多对多，机器翻译中，有两个部分，一个是编码部分，另一个是解码部分。

上面是一个总结，共有6种类型的RNN。

6.语言模型和序列生成

在语音识别中，给出两个很相似的句子，能够计算出对应的概率，即共同出现的概率，从而判断出正确的结果。

对于给的例句，首先在时间0，x1是设置为0的向量，用softmat层来计算出第一个单词的概率，得到yhat1，比如第一个单词是a的P，是average的P，等等..，那么可能就有10000个结果，依照你的语料库，接下来依旧使用激活项a1，输入是y1=cats，输出的y^2，是在第一个词是cats的情况下，下一个是字典中所有其他词的结果。

为了训练这个网络，提出了损失函数，其中i是指在一句话中每个word的预测结果，对t求和是对所有句子的损失求和。

7.对新序列采样

从一个训练好的RNN中采样一个序列。

在采样中，得到的yhat1，是所有可能的输出，比如对a、cat、EOS等，得到的是一个向量，然后使用np.random.choice进行采样，这样就能对第一个单词进行采样了，然后进入下一个时间步，并且将上一步得到的yhat1作为输入，将会预测yhat2是什么。直到最后一个时间步，

对于可能会出现unk单词，可以规定如果出现那么再重新选择，

基于字母的字典，那么此时字典中会有26个字母、空格键、标点、数字。

例如在句子：cats average。。中y1就是c，a是y2。

对于基于字符的，对硬件要求更高。

8.RNN梯度消失

在很深的NN中，在反向传播时可能对前面的参数影响很小，梯度影响不了，也就是导数太小了；

在RNN中，同样有这样的问题，例如yhat3是受之前的附近输入的影响，那么对于最终的反向传播对前面参数的影响也较小。

梯度爆炸比较容易发现，参数会变成NaN等非常大的值，可以通过梯度削减，设置一个阈值。

9.GRU单元

如图是一个RNN的单元，首先是一个tanh函数，之后预测是通过softmax函数。tanh输出结果是a<t>。softmax输出结果是yhat<t>。

这里是门循环单元，能使网络记忆更远距离的信息。

如例句中，was是通过记忆主语cat来的，通过门，能够将信息保持一致。

通过增加记忆单元c<t>，由前一单元的记忆单元值和当前输入，通过sigmoid函数得到，因为sigmoid的属性在0-1之间。

这是门控循环单元的表示方法。//最后一个式子的加号应该是乘号吧。

10.LSTM

可以通过图来帮助理解公式。从下图中可以看出，c<0>可以一直传递到c<3>，是记忆时间很长的。

11.BiNN