深度学习之RNN的改进算法（LSTM、GRU、双向RNN、Dee

1.Gated Recurrent Unit(GRU)门控循环单元

GRU改变了RNN隐藏层单元使其更好的捕捉深层连接，并改善了梯度消失问题。

相比于普通的RNN隐藏层单元，GRU增加了一个C(memory cell)记忆细胞，以增加记忆功能。

普通的RNN单元如下图所示：

简化版的GRU如下图所示：

。

其中---<t>表示上标：

c<t>：记忆细胞的在t时间步的值，表示是否要记忆此处的信息，GRU中c<t>=a<t> 

c^<t>：重写记忆细胞的候选值，是否采用这个值来更新c<t>取决于Γu

Γu：更新门，u=update，决定什么时候更新记忆细胞，取值范围在0~1，0表示不更新记忆细胞即保持之前的值，1表示更新记忆细胞为候选值。

完整的GRU增加了一个相关门Γr，表示c<t−1>跟新的候选值c^<t>之间的相关性。

2. LSTM(Long short term memory) Unit长短时记忆单元

LSTM比之GRU更加有效。注意：LSTM中c<t>和a<t>将不再相等。

Γu：更新门（update）

Γf：遗忘门（forget）

Γo：输出门（output）

peephole connection窥视孔连接，将c<t−1>加入到对门的计算中，也就是门由c<t−1>,a<t−1>,x<t>共同决定。

GRU和LSTM比较：

GRU结构更简单，更有利于构建深层的RNN，LSTM功能更强大。

3. Bidirectional RNN双向循环神经网络(BRNN)

此网络结构使得在序列的某点，既可以获得之前的信息，也可以获得之后的信息。

以一个人名实体识别的例子来说明，下面两句话，判断Teddy是不是一个人名，只有前面的信息是不足够的

图中最下面x<1> x<4>x<1> x<4>表示输入的前四个单词，紫色框表示的是正向循环层，绿色框是反向循环层，正向循环和反向循环构成一个无环图，都属于正向传播，各值计算顺序如下：

a⃗<1>−a⃗<2>−a⃗<3>−a⃗<4>−a←<4>−a←<3>−a←<2>−a←<1>

所有的激活值都计算完毕之后，就可以计算预测值了：

y^<t>=g(wy[a⃗<t>,a←<t>]+by)

其中各单元可以是标准RNN单元，也可以是GRU单元、LSTM单元，对于NLP问题来说基于LSTM单元的BRNN用的比较多。

BRNN缺点：需要完整序列的数据才能预测。对于语音识别来说，也就是必须等到讲话的人讲完，才能预测，这并不能满足我们的需求，所以语音识别通常用其他更复杂的模型，而BRNN较广泛的应用于NLP问题。

4. Deep RNN

对于RNN来说一般很少像CNN那样堆叠很多层，3层对RNN来说就已经非常庞大了。如果需要堆叠多层，一般会删去水平连接。（以下是有三个隐层的网络)

某个RNN单元可以是标准RNN单元，也可以是GRU单元、LSTM单元甚至BRNN单元，可以自由设置。