Long-Short Term Memory (LSTM)

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摘要

Long-Short Term Memory (LSTM)
LSTM Cell 結構
改善表現的小技巧

{\boldsymbol x : x_{t} \forall t = 1, \dots, T}

LSTM Cell 結構

LSTM的架構主要由以下五個元件所組成：

單元狀態(cell state)：LSTM的內部單元狀態(
$c$ )，負責儲存先前的記憶
隱藏狀態(hidden state)：LSTM的外部隱藏狀態(
$h$ )，負責計算預測結果
輸入閘(input gate)：用來決定要把多少當期輸入(
$x_{t}$ )送進當期單元狀態(
$c_{t}$ )。
- 當期輸入(
  $x_{t}$ )會先被轉換成候選值(
  $\tilde{c_{t}}$ )。
遺忘閘(forget gate)：用來決定要把多少前期單元狀態(
$c_{t - 1}$ )送進當期單元狀態(
$c_{t}$ )。
輸出閘(output gate)：用來決定要把多少當期單元狀態(
$c_{t}$ )輸出到當期隱藏狀態(
$h_{t}$ )

相關式子如下：

\color r e d i_{t} = σ (\color r e d W_{i x} x_{t} + \color r e d W_{i h} h_{t - 1} + \color r e d b_{i})

\color b l u e f_{t} = σ (\color b l u e W_{f x} x_{t} + \color b l u e W_{f h} h_{t - 1} + \color b l u e b_{f})

\color d a r k o r a n g e o_{t} = σ (\color d a r k o r a n g e W_{o x} x_{t} + \color d a r k o r a n g e W_{o t} h_{t - 1} + \color d a r k o r a n g e b_{o})

\color g r e e n \tilde{c_{t}} = \tanh (\color g r e e n W_{c x} x_{t} + \color g r e e n W_{c h} h_{t - 1} + \color g r e e n b_{c})

σ (\cdot) = \frac{1}{1 + e^{- x}}

\color p u r p l e c_{t} = \color b l u e f_{t} \color p u r p l e c_{t - 1} + \color r e d i_{t} \color g r e e n \tilde{c_{t}}

\color b r o w n h_{t} = \color d a r k o r a n g e o_{t} \tanh (\color p u r p l e c_{t})

圖形表示如下：

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改善表現的小技巧

貪婪取樣(greedy sampling)：尋找機率值最高的前 k 個候選項
束搜尋(beam search)：往下 m 個 timestep 尋找
雙向LSTM
peehole connection：偷看前幾

tags: `DL`