RNN与梯度弥散的一记杂谈

本文探讨神经网络中的梯度弥散现象,重点关注RNN中的问题及其解决方案。LSTM和GRU作为RNN的改进,通过门控机制缓解梯度消失,其中LSTM的cell结构和forget gate确保了信息的长期保留,而GRU则是通过update gate简化结构并达到类似效果。尽管如此,它们仅部分解决了梯度消失问题,而不能防止梯度爆炸。

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今天打算复习一下RNN方面的基础,本篇博客会分三个部分讲:第一部分讲NN中的梯度弥散问题,第二部分讲RNN中的梯度弥散问题,并引出LSTM和GRU,第三部分聊一聊batch normalization和group normalization。

关于第一NN和RNN中的梯度问题(弥散,爆炸),因为涉及到了BP(NN),BPTT(RNN)的推导,索性直接在纸上手推了,顺便巩固了:

好的,现在已经引出了RNN中的梯度弥散问题,下面LSTM,GRU出场,看看他们如何解决这个问题。

LSTM出场

上面讲到,RNN的梯度问题是产生于 \prod_{j=i+1}^{t}\frac{\partial s_j}{\partial s_{j-1}} 这一项,LSTM作为RNN的改进版本,改进了共享的神经网络模块,引入了cell结构,其实也是为了在这一项中保持一定的梯度,把连乘操作改为连加操作。

我们来看看LSTM的内部结构,包含了四个门层结构:

求导过程比较复

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