RNN循环卷积神经网络

1.定义

RNN （Recurrent Neural Network，RNN）循环卷积神经网络，用于处理序列数据。

序列数据：按照一定的顺序排列的数据，可以是时间顺序、空间顺序、逻辑顺序。

eg:电影、语言

2.特点

传统神经网络模型无法处理可变长度的输入。
传统神经网络模型

传统神经网络模型无法处理可变长度的输入，但是RNN通过循环的方式对当前输入和历史输入进行处理。
RNN输入示意图

3.应用

• 对序列数据预测。股票、价格、语言进行预测
• 结合CNN对静态图像的动态内容进行描述。
  • 例子：猫咪喝水，CNN识别静态图像的元素，RNN根据语言序列关系输出图片动态内容的描述。
  • 推荐论文1：
    • 标题：《Deep Visual-Semantic Alignments for Generating Image Descriptions
    • 链接：https:/arxiv.org/abs/1412.2306
  • 推荐论文2:
    • 标题：《Deep Learning for VideoClassification andCaptioning》
    • 链接：https://arxiv.org/abs/1412.2306https://arxiv.org/pdf/1609.06782.pdfhttps://arxiv.org/abs/1412.2306

RNN举例------猫咪喝水

4.RNN模型扩展------LSTM模型

1. 简单RNN模型

简单RNN模型就是上述讲的历史状态+现在值作为输入的模型，这种模型缺点是会出现梯度爆炸或梯度消失，为了缓解这种问题出现了LSTM模型。

• 梯度爆炸：在链式求导和激活函数综合影响下，梯度值过大，导致权重更新过大不可用。
• 梯度消失：在链式求导和激活函数综合影响下，梯度值趋近于0，导致权重过小不可用。

2. LTSM模型

LSTM模型对于记忆状态进行过滤和新增给出输出，它相比于传统的RNN模型降低了梯度消失和爆炸的可能。

• 组成：记忆状态，三个sigmoid函数，两个tanH函数。
• 组成介绍：sigmoid区间0-1，可以控制信息的流量。三个sigmoid函数分别控制遗忘门、输入门、输出门的信息流量。tanH区间-1～1，可以控制信息的增减，分别在输入门和输出门和sigmoid函数共同作用。
• 具体流程：当前输入与第一个sigmoid函数结合确定有多少历史记忆状态需要过滤掉，然后将过滤后的历史状态与当前输入的某些信息相结合（第2个sigmoid函数和tanH控制是信息流量和增减情况），得到新的记忆状态。

LTSM模型示意图

参考文献：【数之道 09】揭开循环神经网络RNN模型的面纱_哔哩哔哩_bilibili