雙向RNN:bidirectional_dynamic_rnn()函數怎么用

這篇文章將為大家詳細講解有關雙向RNN:bidirectional_dynamic_rnn()函數怎么用，小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

雙向RNN：bidirectional_dynamic_rnn()函數的使用詳解

先說下為什么要使用到雙向RNN，在讀一篇文章的時候，上文提到的信息十分的重要，但這些信息是不足以捕捉文章信息的，下文隱含的信息同樣會對該時刻的語義產生影響。

舉一個不太恰當的例子，某次工作會議上，領導進行“簡潔地”總結，他會在第一句告訴你：“下面，為了節約時間，我簡單地說兩點…”，（…此處略去五百字…），“首先，….”，（…此處略去一萬字…），“礙于時間的關系，我要加快速度了，下面我簡要說下第二點…”（…此處再次略去五千字…）“好的，我想說的大概就是這些”（…此處又略去了二百字…），“謝謝大家！”如果將這篇發言交給一個單層的RNN網絡去學習，因為“首先”和“第二點”中間隔得實在太久，等到開始學習“第二點”時，網絡已經忘記了“簡單地說兩點”這個重要的信息，最終的結果就只剩下在風中凌亂了。。。于是我們決定加一個反向的網絡，從后開始往前聽，對于這層網絡，他首先聽到的就是“第二點”，然后是“首先”，最后，他對比了一下果然僅僅是“簡要地兩點”，在于前向的網絡進行結合，就深入學習了領導的指導精神。

上圖是一個雙向LSTM的結構圖，對于最后輸出的每個隱藏狀態 都是前向網絡和后向網絡的元組，即 其中每一個 或者 又是一個由隱藏狀態和細胞狀態組成的元組（或者是concat）。同樣最終的output也是需要將前向和后向的輸出concat起來的，這樣就保證了在最終時刻，無論是輸出還是隱藏狀態都是有考慮了上文和下文信息的。

下面就來看下tensorflow中已經集成的 tf.nn.bidirectional_dynamic_rnn() 函數。似乎雙向的暫時只有這一個動態的RNN方法，不過想想也能理解，這種結構暫時也只會在encoder端出現，無論你的輸入是pad到了定長或者是不定長的，動態RNN都是可以處理的。

具體的定義如下：

tf.nn.bidirectional_dynamic_rnn(
 cell_fw,
 cell_bw,
 inputs,
 sequence_length=None,
 initial_state_fw=None,
 initial_state_bw=None,
 dtype=None,
 parallel_iterations=None,
 swap_memory=False,
 time_major=False,
 scope=None
)

仔細看這個方法似乎和dynamic_rnn()沒有太大區別，無非是多加了一個bw的部分，事實上也的確如此。先看下前向傳播的部分：

with vs.variable_scope(scope or "bidirectional_rnn"):
 # Forward direction
 with vs.variable_scope("fw") as fw_scope:
  output_fw, output_state_fw = dynamic_rnn(
    cell=cell_fw, inputs=inputs, 
    sequence_length=sequence_length,
    initial_state=initial_state_fw, 
    dtype=dtype,
    parallel_iterations=parallel_iterations, 
    swap_memory=swap_memory,
    scope=fw_scope)

完全就是一個dynamic_rnn()，至于你選擇LSTM或者GRU，只是cell的定義不同罷了。而雙向RNN的核心就在于反向的bw部分。剛才說過，反向部分就是從后往前讀，而這個翻轉的部分，就要用到一個reverse_sequence()的方法，來看一下這一部分：

with vs.variable_scope("bw") as bw_scope:
 # ———————————— 此處是重點 ———————————— 
 inputs_reverse = _reverse(
   inputs, seq_lengths=sequence_length,
   seq_dim=time_dim, batch_dim=batch_dim)
 # ————————————————————————————————————
 tmp, output_state_bw = dynamic_rnn(
   cell=cell_bw, 
   inputs=inputs_reverse, 
   sequence_length=sequence_length,
   initial_state=initial_state_bw, 
   dtype=dtype,
   parallel_iterations=parallel_iterations,
   swap_memory=swap_memory,
   time_major=time_major, 
   scope=bw_scope)

我們可以看到，這里的輸入不再是inputs，而是一個inputs_reverse，根據time_major的取值，time_dim和batch_dim組合的 {0,1} 取值正好相反，也就對應了時間維和批量維的詞序關系。

而最終的輸出：

outputs = (output_fw, output_bw)
output_states = (output_state_fw, output_state_bw)

這里還有最后的一個小問題，output_states是一個元組的元組，我個人的處理方法是用c_fw,h_fw = output_state_fw和c_bw,h_bw = output_state_bw，最后再分別將c和h狀態concat起來，用tf.contrib.rnn.LSTMStateTuple()函數生成decoder端的初始狀態。

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