雙向RNN：bidirectional_dynamic_rnn()函數(shù)的使用詳解

先說下為什么要使用到雙向RNN，在讀一篇文章的時候，上文提到的信息十分的重要，但這些信息是不足以捕捉文章信息的，下文隱含的信息同樣會對該時刻的語義產(chǎn)生影響。

舉一個不太恰當(dāng)?shù)睦樱炒喂ぷ鲿h上，領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行“簡潔地”總結(jié)，他會在第一句告訴你：“下面，為了節(jié)約時間，我簡單地說兩點(diǎn)…”，（…此處略去五百字…），“首先，….”，（…此處略去一萬字…），“礙于時間的關(guān)系，我要加快速度了，下面我簡要說下第二點(diǎn)…”（…此處再次略去五千字…）“好的，我想說的大概就是這些”（…此處又略去了二百字…），“謝謝大家！”如果將這篇發(fā)言交給一個單層的RNN網(wǎng)絡(luò)去學(xué)習(xí)，因?yàn)椤笆紫取焙汀暗诙c(diǎn)”中間隔得實(shí)在太久，等到開始學(xué)習(xí)“第二點(diǎn)”時，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)忘記了“簡單地說兩點(diǎn)”這個重要的信息，最終的結(jié)果就只剩下在風(fēng)中凌亂了。。。于是我們決定加一個反向的網(wǎng)絡(luò)，從后開始往前聽，對于這層網(wǎng)絡(luò)，他首先聽到的就是“第二點(diǎn)”，然后是“首先”，最后，他對比了一下果然僅僅是“簡要地兩點(diǎn)”，在于前向的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行結(jié)合，就深入學(xué)習(xí)了領(lǐng)導(dǎo)的指導(dǎo)精神。

上圖是一個雙向LSTM的結(jié)構(gòu)圖，對于最后輸出的每個隱藏狀態(tài) 都是前向網(wǎng)絡(luò)和后向網(wǎng)絡(luò)的元組，即 其中每一個 或者 又是一個由隱藏狀態(tài)和細(xì)胞狀態(tài)組成的元組（或者是concat）。同樣最終的output也是需要將前向和后向的輸出concat起來的，這樣就保證了在最終時刻，無論是輸出還是隱藏狀態(tài)都是有考慮了上文和下文信息的。

下面就來看下tensorflow中已經(jīng)集成的 tf.nn.bidirectional_dynamic_rnn() 函數(shù)。似乎雙向的暫時只有這一個動態(tài)的RNN方法，不過想想也能理解，這種結(jié)構(gòu)暫時也只會在encoder端出現(xiàn)，無論你的輸入是pad到了定長或者是不定長的，動態(tài)RNN都是可以處理的。

具體的定義如下：

tf.nn.bidirectional_dynamic_rnn(
 cell_fw,
 cell_bw,
 inputs,
 sequence_length=None,
 initial_state_fw=None,
 initial_state_bw=None,
 dtype=None,
 parallel_iterations=None,
 swap_memory=False,
 time_major=False,
 scope=None
)

仔細(xì)看這個方法似乎和dynamic_rnn()沒有太大區(qū)別，無非是多加了一個bw的部分，事實(shí)上也的確如此。先看下前向傳播的部分：

with vs.variable_scope(scope or "bidirectional_rnn"):
 # Forward direction
 with vs.variable_scope("fw") as fw_scope:
  output_fw, output_state_fw = dynamic_rnn(
    cell=cell_fw, inputs=inputs, 
    sequence_length=sequence_length,
    initial_state=initial_state_fw, 
    dtype=dtype,
    parallel_iterations=parallel_iterations, 
    swap_memory=swap_memory,
    scope=fw_scope)

完全就是一個dynamic_rnn()，至于你選擇LSTM或者GRU，只是cell的定義不同罷了。而雙向RNN的核心就在于反向的bw部分。剛才說過，反向部分就是從后往前讀，而這個翻轉(zhuǎn)的部分，就要用到一個reverse_sequence()的方法，來看一下這一部分：

with vs.variable_scope("bw") as bw_scope:
 # ———————————— 此處是重點(diǎn) ———————————— 
 inputs_reverse = _reverse(
   inputs, seq_lengths=sequence_length,
   seq_dim=time_dim, batch_dim=batch_dim)
 # ————————————————————————————————————
 tmp, output_state_bw = dynamic_rnn(
   cell=cell_bw, 
   inputs=inputs_reverse, 
   sequence_length=sequence_length,
   initial_state=initial_state_bw, 
   dtype=dtype,
   parallel_iterations=parallel_iterations,
   swap_memory=swap_memory,
   time_major=time_major, 
   scope=bw_scope)

我們可以看到，這里的輸入不再是inputs，而是一個inputs_reverse，根據(jù)time_major的取值，time_dim和batch_dim組合的 {0,1} 取值正好相反，也就對應(yīng)了時間維和批量維的詞序關(guān)系。

而最終的輸出：

outputs = (output_fw, output_bw)
output_states = (output_state_fw, output_state_bw)

這里還有最后的一個小問題，output_states是一個元組的元組，我個人的處理方法是用c_fw,h_fw = output_state_fw和c_bw,h_bw = output_state_bw，最后再分別將c和h狀態(tài)concat起來，用tf.contrib.rnn.LSTMStateTuple()函數(shù)生成decoder端的初始狀態(tài)。

以上這篇雙向RNN:bidirectional_dynamic_rnn()函數(shù)的使用詳解就是小編分享給大家的全部內(nèi)容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。