python lstm神经网络 lstm神经网络算法

算法模型Lstm(循环神经网络)：

简介

LSTM和RNN相似，它们都是在前向传播的过程中处理流经细胞的数据，不同之处在于 LSTM 中细胞的结构和运算有所变化。

LSTM结构：

遗忘门：

遗忘门的功能是决定应丢弃或保留哪些信息。来自前一个隐藏状态的信息和当前输入的信息同时传递到 sigmoid 函数中去，输出值介于0和1之间，越接近0意味着越应该丢弃，越接近 1 意味着越应该保留。如图遗忘门：

遗忘门图

遗忘门的输入信息，分别是ht-1，xt，从公式上我们可以看到是这两个值与权重矩阵Wf相乘，我们可以理解为ht-1与xt的拼接，拼接以后再与Wf相乘，然后加上一个偏置bf，最后经过一个激活函数sigmoid，使得线性变换变成非线性变换，此时ft的取值为(1,0)，这个值决定了Ct-1的值是否被记忆或者遗忘，或者说记住多少，这就是这个遗忘门的作用。

输入门：

输入门用于更新细胞状态。首先将前一层隐藏状态的信息和当前输入的信息传递到 sigmoid 函数中去。将值调整到 0~1 之间来决定要更新哪些信息。0 表示不重要，1 表示重要。

其次还要将前一层隐藏状态的信息和当前输入的信息传递到 tanh 函数中去，创造一个新的侯选值向量。最后将 sigmoid 的输出值与 tanh 的输出值相乘，sigmoid 的输出值将决定 tanh 的输出值中哪些信息是重要且需要保留下来的。

如图输入门：

输入门图

it和ft公式是一样的，这就说明，it也具有遗忘的功能，比如，Ct-1在遇到ft的时候，ft决定保留Ct-1的记忆，则此时，it则决定着对C_{t的遗忘能力，C}t是LSTM需要记忆的新的值

记忆单元：

如图 记忆单元：

记忆单元图

Ct-1遗忘剩余的部分，与新的要记忆的部分C~t相加，就是要输出的Ct

输出门：

输出门用来确定下一个隐藏状态的值，隐藏状态包含了先前输入的信息。首先，我们将前一个隐藏状态和当前输入传递到sigmoid函数中，然后将新得到的细胞状态传递给tanh函数。

最后将tanh的输出与sigmoid的输出相乘，以确定隐藏状态应携带的信息。再将隐藏状态作为当前细胞的输出，把新的细胞状态和新的隐藏状态传递到下一个时间步长中去。

图 输出门：

输出门图

最后来到了输出门，本次输出的结果就从这个地方输出，我们可以看到ht是由Ot与tanh（Ct） 相乘得来，也就是说本次需要多少为我所用的含义。

如图6LSTM结构图：

LSTM结构图