LSTM 中的记忆单元 (cell state) 有什么作用?
LSTM(长短时记忆网络)中的记忆单元(cell state)是该网络的核心部分,其作用是存储和传递信息,以便网络可以更好地处理长期依赖关系。
记忆单元类似于一个长期存储器,可以看做是网络内部的一个“记忆”或“状态”。它负责存储来自过去时间步的信息,同时也负责传递该信息到下一个时间步。在每个时间步,LSTM根据当前输入和之前的记忆单元状态对其进行更新。
记忆单元包含了三个主要的组成部分:输入门(input gate)、遗忘门(forget gate)和输出门(output gate)。
1. 输入门:输入门决定了哪些信息会被输入到记忆单元中。它通过一个sigmoid激活函数对输入信息进行加权,决定每个输入的重要性。如果某个元素的输入门输出接近于1,表示这个元素对当前时刻的记忆单元状态有很大的贡献。
2. 遗忘门:遗忘门负责决定要从记忆单元中删除哪些信息。它通过使用sigmoid激活函数对来自上一个时间步的记忆单元状态进行加权,决定哪些信息应该被遗忘。如果某个元素的遗忘门输出接近于0,表示这个元素对当前时刻的记忆单元状态的贡献应该被遗忘。
3. 输出门:输出门决定了什么信息会被输出到下一个时间步。它通过sigmoid激活函数对当前时间步的记忆单元状态进行加权,决定哪些信息应该被输出。然后,它应用tanh激活函数,将记忆单元状态缩放到[-1,1]范围内,作为LSTM的输出。
通过输入门、遗忘门和输出门的操作,记忆单元能够在不同时间步之间保留和传递关键信息。这使得LSTM网络能够捕捉长期依赖关系,而不会受到梯度消失或梯度爆炸的影响。记忆单元的设计使得LSTM在处理各种序列数据任务时表现出色,包括语言模型、机器翻译、语音识别等。
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