NNDL 作业10:第六章课后题(LSTM | GRU)

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习题6-3 当使用公式(6.50)作为循环神经网络得状态更新公式时,分析其可能存在梯度爆炸的原因并给出解决办法.

习题6-4 推导LSTM网络中参数的梯度,并分析其避免梯度消失的效果​编辑

习题6-5 推导GRU网络中参数的梯度,并分析其避免梯度消失的效果​ 

参考 


习题6-3 当使用公式(6.50)作为循环神经网络得状态更新公式时,分析其可能存在梯度爆炸的原因并给出解决办法.

公式(6.50)为:h_{t}=h_{t-1}+g(x_{t},h_{t-1};\Theta )

 在公式 Z_k=Uh_{k-1}+W_{x_k}+b为在第K时刻函数g(*)的输入,在计算公式(6.34)中的误差项时,梯度可能过大,从而导致梯度爆炸问题。

解决办法:增加门控装置,使用LSTM网络。

习题6-4 推导LSTM网络中参数的梯度,并分析其避免梯度消失的效果​编辑

NNDL 作业10:第六章课后题(LSTM | GRU)_第1张图片

 手动推导

NNDL 作业10:第六章课后题(LSTM | GRU)_第2张图片

 避免梯度消失的效果

NNDL 作业10:第六章课后题(LSTM | GRU)_第3张图片

 这只是一步的推导,如果是多个时间步,就是多个类似公式的累乘。从这一步的结果中我们可以发现,其结果的取值范围并不一定局限在[0,1]中,而是有可能大于1的。这个由LSTM自身的权值决定,依靠学习得到权值去控制依赖的长度,这便是LSTM缓解梯度消失的真相。综上可以总结为两个事实:

1、cell state传播函数中的“加法”结构确实起了一定作用,它使得导数有可能大于1;
2、LSTM中逻辑门的参数可以一定程度控制不同时间步梯度消失的程度。

习题6-5 推导GRU网络中参数的梯度,并分析其避免梯度消失的效果​ 

 NNDL 作业10:第六章课后题(LSTM | GRU)_第4张图片

GRU它引⼊了重置⻔(reset gate)和更新⻔(update gate) 的概念,从而修改了循环神经⽹络中隐藏状态的计算⽅式。

在这里插入图片描述 

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LSTM与GRU二者结构十分相似,不同在于:

新的记忆都是根据之前状态及输入进行计算,但是GRU中有一个重置门控制之前状态的进入量,而在LSTM里没有类似门;
产生新的状态方式不同,LSTM有两个不同的门,分别是遗忘门(forget gate)和输入门(input gate),而GRU只有一种更新门(update gate);
LSTM对新产生的状态可以通过输出门(output gate)进行调节,而GRU对输出无任何调节。

GRU的优点是这是个更加简单的模型,所以更容易创建一个更大的网络,而且它只有两个门,在计算性上也运行得更快,然后它可以扩大模型的规模。

参考 

为什么LSTM可以缓解梯度消失?

解决梯度消失梯度爆炸强力推荐的一个算法-----GRU(门控循环神经⽹络)

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