在LSTM中,[h(t-1)] 如何与 [h(t)] 大小相同?

我似乎在任何地方都找不到这个具体问题的答案。我正在从头开始重新创建一个LSTM,因为我想更好地理解它。

我已经画出了我目前对LSTM的理解,并将其附加到这篇文章中。

如果它接受h(t-1)并将其与x(t)连接起来,那将生成一个比h(t-1)更大的向量。随后对这个连接的向量应用Sigmoid函数,并对细胞状态应用tanh函数,然后将它们相乘。这将产生新的隐藏状态。

那么,为什么h(t)的大小不会比h(t-1)大呢?为什么隐藏状态不会随着每个时间步长而增长呢?

插图


回答:

嗯,图表中的一些步骤中隐藏了一些投影步骤。图表中的“sigmoid”符号实际上意味着对线性投影操作的输出应用sigmoid函数。也就是说,使用@表示矩阵乘法,numpy风格,你并不是简单地取sigmoid([h(t-1); x(t)]),你实际上是在取sigmoid(W @ x(t) + U @ h(t-1))(暂时不考虑偏置项),其中W, U是具有学习参数的投影矩阵。

在矩阵世界中,这确实与连接hx(t) = [h(t-1); x(t)]并学习适当大小的参数V数学上是等价的,使得V @ hx(t)是你的sigmoid的输入。实际上,V只是上面U, W的水平连接(按该顺序)。

现在,让我们通过你图表中的例子来看看。你有h(t-1)的形状为(3,)x(t)的形状为(2,),我们将学习W的形状为(3, 2)U的形状为(3, 3),以产生最终输出形状为(3,),这与h(t-1)相同。请注意,如果我们决定将这个表示为形状为(5,)的连接向量hx(t),确实,我们可以将U, W水平合并以达到形状为(3, 5)的东西——这仍然产生所需形状为(3,)的最终输出。

要达到h(t),你需要再进行一次与细胞状态项的逐元素乘法(在你图表中标记为x的节点处),但这也具有形状(3,)

维基百科页面也提供了所有操作和维度的精确概述,这是Gers, Schmidhuber和Cummins的第2节中提供的方程的更紧凑形式。

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