Lecture 05 · 要留下信息,也要学会留下什么

S10 · 要留下信息,也要学会留下什么

RNN给了信息跨步传递的结构。面对同一钥匙配对,既要问颜色能否保存到最后,也要问末尾错误能否改变开头的写入策略。

状态 b0

前向保存红/蓝信息;末尾loss还需要影响早期写入,两者相关但不相同。

同一个末尾窗口,需要两个不同答案钥匙放进红盒…相同的中间内容…钥匙在哪个盒子?状态 hₜ钥匙放进蓝盒…相同的中间内容…钥匙在哪个盒子?状态 hₜ前向要保存颜色;末尾 loss 还要影响早期写入。A 的答案是红;B 的答案是蓝。只改变开头事实。

状态 b1

给定旧c=1、f=.9、i=.1、g=.5;学生计算保留项与新增项。

LSTM:保留、写入与输出给定门值 · 单坐标旧 c = 1× f = .9候选 g = .5× i = .1c′ = ?.9 × 1 + .1 × .5 = ?

状态 b2

c′=.9×1+.1×.5=.95,保留和写入各有可见路径。

LSTM:保留、写入与输出给定门值 · 单坐标旧 c = 1× f = .9候选 g = .5× i = .1c′ = .95.9 × 1 + .1 × .5 = .95

状态 b3

h′=.8tanh(.95)≈.591826;cell的传递与对外hidden读出分开。

LSTM:保留、写入与输出给定门值 · 单坐标旧 c = 1× f = .9候选 g = .5× i = .1c′ = .95.9 × 1 + .1 × .5 = .95h′ = o tanh(c′) = .8 tanh(.95) ≈ .591826

状态 b4

在同一条20步直接保留路径,分别给f=.99和f=.8,先比较再计算。

同一条直接保留路径,改变门值早期写入状态 c…状态 c末尾答案末尾 loss 反向传播每步 f = .99每步 f = .8.99²⁰ ≈ ?.8²⁰ ≈ ?比较直接路径的系数;整个网络的梯度还包含其他路径。

状态 b5

.99²⁰≈.818,.8²⁰≈.011529;这里只是画出的直接路径,不是整个网络总梯度。

同一条直接保留路径,改变门值早期写入状态 c…状态 c末尾答案末尾 loss 反向传播每步 f = .99每步 f = .8.99²⁰ ≈ .818.8²⁰ ≈ .011529比较直接路径的系数;整个网络的梯度还包含其他路径。

公式与算例详情

钥匙配对为教学构造:A开头“钥匙放进红盒”,B只将红改蓝;其余干扰内容与末尾“钥匙在哪个颜色的盒子里?”保持相同,正确答案分别为红/蓝。用于检验事实利用时应成对评价,不能只看能输入多少token;本页没有伪造准确率。

LSTM局部一步给定$f=(.9,.2)$、$i=(.1,.75)$、$o=(.8,.5)$、$g=(.5,-.2)$、旧$c=(1,-1)$。$c'=f\odot c+i\odot g=(.95,-.35)$;$h'=o\odot\tanh(c')\approx(.591826,-.168188)$。课堂只完整展开第一坐标$.9\times1+.1\times.5=.95$,让保留与写入各自有具体含义;第二坐标、输出门和各门的完整计算仍在本页说明、学生讲义、独立主题与CLS01,不重建既有Notebook。

门值一般由当前输入和旧状态经可学习函数产生,本页给定值用于复算。门控提供有利的状态通路,但不能保证无限记忆。若直接保留系数每步固定为.99或.8,20步直接路径系数分别为$.99^{20}\approx.818$和$.8^{20}\approx.011529$;这只是所画直接路径,真实总梯度还含其他依赖与路径。

末尾损失如何影响早期写入,属于长程信用分配。BPTT展开共享计算并累积梯度,长链乘积可能衰减或放大;梯度裁剪限制特定的大梯度更新,不能恢复未保存的信息,也不直接解决所有梯度消失。BiRNN可用于已知完整源句,却不能读取生成目标的未知未来。完整推导保留展开层,本段不再逐门遍历整个循环网络章节。

继续学习

状态在流动,梯度可以停在边界 · LAB01:C · 共享参数的梯度到底加了几次?

路径 C:材料放得下,不代表采用了当前事实 · LAB03:路径C · 材料放得下,不代表采用了当前事实

保留的完整推导:R17 · R18 · R19 · R20 · R21 · R22。