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2D-LSTM

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摘要:和人人都能看懂的这两篇文章介绍了的原理。是作用于三维输入的,分别取横向和纵向上一时刻的隐藏状态和输出作为该时刻的输入,如下图所示数据传播的顺序依靠对角线原则,如下图所示图中的数字表示计算的顺序。

LSTM

Understanding LSTM Networks人人都能看懂的LSTM 这两篇文章介绍了 LSTM 的原理。

2D-LSTM

2D-LSTM 是作用于三维输入( W × H × D W /times H /times D W×H×D )的 LSTM ,分别取横向和纵向上一时刻的隐藏状态和输出作为该时刻的输入,如下图所示

数据传播的顺序依靠对角线原则,如下图所示

图中的数字表示计算的顺序。
下图展示了 2D-LSTM 单元的结构,蓝线表示与标准单元不同的地方。

上图中 x j , i x_{j, i} xj,i 为当前的输入, s j , i − 1 s_{j, i-1} sj,i1 为上一时刻横向的输出, s j − 1 , i s_{j-1, i} sj1,i 为上一时刻纵向的输出。
input gate
i j , i = σ ( W 1 x j , i + U 1 s j − 1 , i + V 1 s j , i − 1 ) i_{j, i} = /sigma(W_1x_{j, i} + U_1s_{j-1, i} + V_1s_{j, i-1}) ij,i=σ(W1xj,i+U1sj1,i+V1sj,i1)
output gate
o j , i = σ ( W 2 x j , i + U 2 s j − 1 , i + V 2 s j , i − 1 ) o_{j, i} = /sigma(W_2x_{j, i} + U_2s_{j-1, i} + V_2s_{j, i-1}) oj,i=σ(W2xj,i+U2sj1,i+V2sj,i1)
candidate value
c ^ j , i = g ( W 3 x j , i + U 3 s j − 1 , i + V 3 s j , i − 1 ) /hat{c}_{j, i} = g(W_3x_{j, i} + U_3s_{j-1, i} + V_3s_{j, i-1}) c^j,i=g(W3xj,i+U3sj1,i+V3sj,i1)
forget gate
f j , i = σ ( W 4 x j , i + U 4 s j − 1 , i + V 4 s j , i − 1 ) f_{j, i} = /sigma(W_4x_{j, i} + U_4s_{j-1, i} + V_4s_{j, i-1}) fj,i=σ(W4xj,i+U4sj1,i+V4sj,i1)
2D-LSTM 新加入了一个系数,用于比较 s j − 1 , i s_{j-1, i} sj1,i s j , i − 1 s_{j, i-1} sj,i1 的重要程度。
λ j , i = σ ( W 5 x j , i + U 5 s j − 1 , i + V 5 s j , i − 1 ) /lambda_{j, i} = /sigma(W_5x_{j, i} + U_5s_{j-1, i} + V_5s_{j, i-1}) λj,i=σ(W5xj,i+U5sj1,i+V5sj,i1)
新状态
c j , i = f j , i ∘ [ λ j , i ∘ c j − 1 , i + ( 1 − λ j , i ) ∘ c j , i − 1 ] + c ^ j , i ∘ i j , i c_{j, i} = f_{j, i} /circ [/lambda_{j, i} /circ c_{j-1, i} + (1 - /lambda_{j, i}) /circ c_{j, i-1}] + /hat{c}_{j, i} /circ i_{j, i} cj,i=fj,i[λj,icj1,i+(1λj,i)cj,i1]+c^j,iij,i
输出
s j , i = g ( c j , i ∘ o j , i ) s_{j, i} = g(c_{j, i} /circ o_{j, i}) sj,i=g(cj,ioj,i)

Reference

[1] Bahar, P. , C. Brix , and H. Ney . “Towards Two-Dimensional Sequence to Sequence Model in Neural Machine Translation.” (2018).
[2] Voigtlaender, P. , P. Doetsch , and H. Ney . “Handwriting Recognition with Large Multidimensional Long Short-Term Memory Recurrent Neural Networks.” 2016 15th International Conference on Frontiers in Handwriting Recognition (ICFHR) IEEE, 2017.

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