[深度學習]LSTM模型
閱讀時間約 3 分鐘
長短期記憶（英語：Long Short-Term Memory，LSTM）是一種時間循環神經網路（RNN），論文首次發表於1997年。
LSTM（長短期記憶）是一種特定類型的遞歸神經網絡（RNN），在許多需要處理時間序列數據或順序數據的應用中非常有用。
以下是一些常見的 LSTM 應用：
- 語音識別：LSTM 可以用於將語音信號轉換為文本。例如，語音助手和語音轉文字服務都使用 LSTM 網絡來處理語音數據。
- 語言建模和文本生成：LSTM 可以預測文本序列中的下一個單詞或字符，用於自動生成文本，如編寫文章、生成對話和寫詩等。
- 機器翻譯：LSTM 在翻譯系統中廣泛使用，例如 Google 翻譯，它能夠將一種語言的句子翻譯成另一種語言。
- 情感分析：LSTM 用於從文本中檢測情感，如分析社交媒體帖子、評論和客戶反饋中的情感。
- 時間序列預測：LSTM 可以用於預測時間序列數據中的未來值，例如股票價格、天氣預測和銷售數據預測。
- 醫療診斷：LSTM 用於分析患者的醫療數據，以檢測和預測疾病的發展。
- 音樂生成：LSTM 可以學習音樂的結構並生成新音樂，例如自動作曲。
- 手寫識別：LSTM 用於識別手寫文字，例如手寫數據的數字化輸入。
典型的長短期記憶（LSTM）單元模型
LSTM Cell 的結構和運作
LSTM Cell 主要由三個門（gate）組成：遺忘門（Forget Gate），輸入門（Input Gate）和輸出門（Output Gate）。這些門控制信息在記憶細胞中的流動。以下是每個門的詳細說明：
- 遺忘門（Forget Gate）：
- 計算公式：
- 功能：決定需要忘記多少先前的記憶。通過 sigmoid 函數 σ，輸出一個0到1之間的數值，0表示完全忘記，1表示完全保留。
- 輸入門（Input Gate）：
- 計算公式：
- 功能：決定將多少新的信息存入記憶細胞。輸入門的 sigmoid 函數輸出 iti_tit，以及候選記憶細胞的 tanh 函數輸出 ~Ct。
- 輸出門（Output Gate）：
- 計算公式：
- 功能：決定從記憶細胞輸出多少信息作為當前的隱藏狀態 ht。通過 sigmoid 函數計算 Ot，再經過 tanh 函數處理當前的記憶細胞狀態 Ct。
LSTM Cell 運作步驟
紅色箭頭主要表達了記憶細胞狀態和隱藏狀態之間的交互過程，展示了記憶細胞狀態 Ct 如何被計算並進一步影響隱藏狀態 ht。這些步驟是LSTM Cell核心的記憶和輸出機制。
LSTM Cell 的優勢
LSTM Cell 的設計使其能夠有效地處理長期依賴問題，記住長時間跨度內的信息，同時在每一時間步中根據需要添加或刪除信息。這使得 LSTM 在處理時間序列數據和自然語言處理任務（如語音識別、語言翻譯等）中非常有用。
總結來說，圖片中展示的模型是一個 LSTM Cell，主要由遺忘門、輸入門和輸出門組成，這些門共同作用，控制信息在記憶細胞中的流動和更新。
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