推荐系统与LSTM、GRU

最近在看深度学习与神经系统方面的文章,发现深度学习对推荐系统有很大的影响,特此进行下总结,为自己接下来的阅读总结做参考。

如今,深度学习技术应用到推荐系统的主要分为以下5类:

1、自编码器AE:通过一个编码和一个解码过程来重构输入数据,学习数据的隐层表示。
多用于:评分预测、文本推荐、图像推荐
2、受限玻尔兹曼机RBM:是一种生成式随机神经网络,BM能够学习复杂的规则,具有强大的无监督学习能力。RBM去除同层变量之间的所有连接,极大地提高了学习效率。
多用于:用户评分预测
3、深度信念网络DBN:由多层非线性变量连接组成的生成式模型。靠近可见层的部分是多个贝叶斯信念网络,最远层可见部分则是RBM。DBN的训练可采用一种贪婪逐层算法。当前应用场景仅限于音乐推荐。
4、卷积神经网络CNN:是一种多层感知机,主要被用来处理二维数据图像。
多用于:图像、文本、音乐推荐
5、循环神经网络RNN:最大特点在于神经网络各隐层之间的结点是具有连接的,RNN能对过去的信息进行记忆。
LSTM(长短期记忆网络),GRU(门限循环单元)
多用于:预测评分、图像推荐、文本推荐、基于社交网络自己中的兴趣点推荐

这里主要总结RNN与推荐系统。

主要以以下四篇文章为主:

1、A Neural Network Approach to Quote Recommendationin Writings

2、Collaborative Filtering with Recurrent Neural Networks(2016)

### LSTMGRU的对比分析 #### 性能表现 在实际应用中,可以观察到LSTMGRU之间的差异相对较小,但在某些特定场景下,这两种模型的表现会有所不同。例如,在处理复杂的序列数据时,两者通常优于传统的基于`tanh`激活函数的方法[^1]。 #### 收敛速度训练效率 关于收敛时间和所需迭代次数(epochs),研究表明GRU可能具有一定的优势。它往往能够更快地达到理想的性能水平,这意味着其计算资源消耗可能会低于LSTM。 #### 复杂性和可解释性 尽管LSTMGRU在网络结构设计上有一定简化程度的不同,但它们本质上仍然属于较为复杂的神经网络架构之一。这种复杂性也意味着这些模型对于外部来说是一个“黑箱”,难以被轻易理解和逆向工程[^3]。 #### 应用领域中的效果评估 从语义分割以及其他深度学习技术的应用角度来看,无论是采用哪种门控机制的设计方案——即LSTM还是GRU, 它们都能有效应对长时间跨度内的信息保留需求,并且各自都有成功的案例展示出了良好的泛化能力[^2]. ```python import torch.nn as nn class LSTMModel(nn.Module): def __init__(self, input_size, hidden_size, num_layers, output_size): super(LSTMModel, self).__init__() self.lstm = nn.LSTM(input_size=input_size, hidden_size=hidden_size, num_layers=num_layers, batch_first=True) self.fc = nn.Linear(hidden_size, output_size) def forward(self, x): out, _ = self.lstm(x) out = self.fc(out[:, -1, :]) return out class GRUModel(nn.Module): def __init__(self, input_size, hidden_size, num_layers, output_size): super(GRUModel, self).__init__() self.gru = nn.GRU(input_size=input_size, hidden_size=hidden_size, num_layers=num_layers, batch_first=True) self.fc = nn.Linear(hidden_size, output_size) def forward(self, x): out, _ = self.gru(x) out = self.fc(out[:, -1, :]) return out ``` 上述代码分别定义了一个简单的LSTM模型和一个GRU模型,展示了两种不同类型的循环单元如何集成到PyTorch框架下的神经网络之中。
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