tensorflow学习，经典循环神经网络（RNN）的原理与结构（23）

经过前面几节的学习，相信对经典神经网络已经非常熟悉了。从本节开始，将学习循环神经网络（recurrent neural networks, RNN），它适用于分析和解决具有前后关联性的数据问题。

问题引出

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下图是经典的模拟神经网络模型，它认为每一个输入都是独立，没有关联的。

虽然经典的网络模型成功解决了一些问题，但是对于一些涉及前后关联的数据问题，它是无能为力的，例如

我非常向往北京，如果有机会，我一定会去（  ）。

对于这样的填空题，人脑能很快的填入符合前后逻辑的答案。但是对于上面的经典神经网络模型，它对这样的填空题真的是一头雾水。循环神经网络（CNN）的提出，就是为了解决这样的问题的。利用 CNN，人们能够和机器人聊天，能够让电脑做出古诗词等有意思的事情。当然，机器人聊天和做诗词，也只是从提供给它的数据集里拼凑出的，它还没有真正的思想。

经典循环神经网络

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哲学认为万物皆有联系，所以实际生活中，我们接触到的数据也都是具有联系的。

如上图，一个序列的数据可以是

• x1-4 分别是一句话的第 1-4 个字。
• 在一段语音中，x1-4 表示每帧声音信号。
• 表示连续 4 天的股票。

等等。可以说，经典神经网络对于前后具有关联性的数据集几乎无能为力。循环神经网络RNN为了解决这类问题，引入了隐状态 h的概念，h 可以从一系列数据中提取出关联性特征，接着再转换为输出。

上图中的 x1-4 表示输入，h0 是第一个隐状态，之后的隐状态的计算需要根据前面一个隐状态的值。这样前后数据的关联性就被保留在网络里了。

在循环神经网络 CNN 中，图中公式中的 激活函数 f 通常是 tanh 函数。

按照图中的公式计算完隐状态，还剩下输出没有计算。计算输出和经典神经网络类似，只不过在循环神经网络CNN中，输入不再是 x，而是隐状态 h。

使用 softmax 函数 将输出转换成各个类别的概率，解决的通常都是分类问题。按照上图的公式，计算完输出，经典循环神经网络CNN就建立完成了。这种结构的输出纬度必须等于输入纬度，因为这个限制，所以经典循环神经网络RNN适用范围较小。

N-1 循环神经网络

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N-1 的意思是指输入是一个序列，输出不再是对应的序列，而是一个值。它的结构如下图，只在最后一个 h 上做输出变换即可。

h4 是由前面 3 输入递推出来的，保留着输入数据的关联性特征，因此这么做是合理的。这种结构通常用来处理序列分类问题，例如输入一段文字，判断它所属的类别，输入一句话判断它的情感倾向，输入一段视频判断类别等等。

1-N 循环神经网络

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顾名思义，即输入是一个值，而输出是一个序列。我们可以只在序列的开始进行计算。

也可以使单个输入值，作为每一个阶段的输入：

它可以解决 N-1 的反向问题，例如，根据情感生成一句话，根据类别生成语音或者音乐，等等。

经典循环神经网络就介绍到这，接下来计划学习生成古诗词的网络。