简单清晰的讲解一下RNN神经网络
好的,我们来用简单清晰的方式讲解一下 RNN(循环神经网络)。把它想象成一个有记忆的神经网络,专门用来处理序列数据。
核心思想:处理序列信息
什么是序列数据? 数据点不是独立的,而是按顺序排列的,并且前面的数据点会影响后面的数据点。
例子:句子(单词序列)、股票价格(时间点序列)、语音信号(音频帧序列)、DNA序列(碱基序列)、视频帧序列等。
普通神经网络(如全连接网络FCN或卷积神经网络CNN)的缺点:
它们通常处理单个、独立的数据点(比如一张图片)。
当面对序列时,它们要么:
固定窗口: 只看最近几个数据点(丢失了更早的信息)。
完全忽略顺序: 把所有数据点一次性扔给网络(忽略了序列结构)。
它们没有内置的记忆机制来记住之前看到的信息。
RNN的精髓:循环连接与隐藏状态
RNN 的核心创新在于它有一个 “隐藏状态”(Hidden State) 。你可以把它想象成网络的短期记忆。
处理一个时间步:
在每个时间步 t(比如处理句子中的第 t 个单词),RNN 接收两个输入:
当前输入 (x_t): 当前时间步的数据(比如当前单词的向量表示)。
上一个时间步的隐藏状态 (h_{t-1}): 这是网络在之前时间步“记住”的信息。
RNN 内部的计算单元(通常是一个简单的神经网络层,如 tanh 或 ReLU)会结合这两个输入,计算出一个新的隐藏状态 (h_t):
h_t = f(x_t, h_{t-1}) (f 是某个激活函数)。
这个新的隐藏状态 h_t 捕获了到目前为止看到的序列信息(包含了 x_t 和来自 h_{t-1} 的历史信息)。
同时,基于这个新的隐藏状态 h_t,RNN 通常也会产生一个输出 (y_t):
y_t = g(h_t) (g 是另一个函数,比如一个全连接层)。
这个输出 y_t 可以用来预测当前时间步的目标(比如下一个词的预测、当前词的分类标签等)。
循环传递:
关键来了!当 RNN 移动到下一个时间步 t+1 时,它会 h_t