目录
1前言
1.1 RNN回忆和概述
1.2 LSTM回忆和概述
1.3循环神经网络的几种输入输出结构
2图解LSTM内部结构和数据流
2.1结构图简洁
2.2 LSTM原理分析图
3图解BiLSTM及其应用
3.1看楼的LSTM是如何工作的
3.2看楼STM是如何工作的
3.3看楼STM是如何工作的
前言本文旨在全面分析RNN、LSTM、BiLSTM的内部结构和输入输出，以解决LSTM和BiLSTM的任何问题。
循环神经网络(RNN )长短期记忆网络BiLSTM )双向长短期记忆网络重要的先验知识
可以理解为，本质上单个rnn小区是以多个时间步展开的形式，RNN是神经网络在时序上的权重共享（CNN相当于空间上的权重共享），LSTM也是如此。
1.1 RNN回忆和概述
RNN的不足：它的记忆是短期的。
原因：反向传播过程中，RNN存在梯度消失问题(由于RNN按时间顺序共享参数，梯度在反向传播过程中相继协同，数值时大时小)。 梯度是用于更新神经网络权重的值，梯度消失问题是梯度随时间的推移而传播时降低，梯度值非常小时不继续学习。 因此，在RNN中，梯度略有更新的网络层停止学习，它们通常是较早的层。 因为这些层不学习，所以RNN记不住长序列学习的内容。 因此，它的记忆是短期的。1.2 LSTM回想和概述LSTM内部结构相对于RNN有所改善。 BiLSTM中的Bi是Bi-directional (双向的)的缩写，与前方LSTM
LSTM优点：
LSTM是克服短期记忆问题提出的解决方案，可以引入称为“门”的内部机制，调节信息流。 这些门结构可以学习顺序
列中哪些数据是要保留的重要信息，哪些是要删除的。通过这样做，它可以沿着长链序列传递相关信息来执行预测。1.3 循环神经网络的几种输入输出结构从RNN或LSTM结构可以看出，它们的输入输出其实很灵活，不同应用场景可以选择不同输入输出方式，例如下：
单输入-多输出：（仅在第一个时间步输入）
单输入-多输出：（在多个时间步输入）
多输入-多输出：
多输入-单输出：
2 图解 LSTM 内部结构和数据流 2.1 简洁的结构图 2.2 LSTM的原理剖析图 3 图解BiLSTM及其应用 3.1 看2层的 LSTM 是如何运转的
3.2 看1层的 BiLSTM 是如何运转的
用一个文本情感分析的例子来说明：
如下图，单层的BiLSTM其实就是2个LSTM，一个正向去处理序列，一个反向去处理序列，处理完后，两个LSTM的输出会拼接起来。特别注意：在这个案例中，所有时间步计算完后，才算是下面这个BiLSTM的结果，如下图，正向LSTM经过6个时间步得到一个结果向量，反向LSTM同样经过6个时间步后，得到另一个结果，然后这两个结果向量拼接起来，作为BiLSTM的最终输出。 疑问：是不是NLP里面大多时候只需要最后一个时刻的输出即可？答案：这属于N VS 1结构，即N次输入，1次输出。这种结构通常用来处理序列分类问题。如输入一段文字判别它所属的类别，输入一个句子判断其情感倾向，输入一段视频并判断它的类别等等。 3.3 看2层的 BiLSTM 是如何运转的用OCR识别算法CRNN来说明，以下是CRNN算法的数据处理流程图：
更详细的说，在CRNN算法中，输入BiLSTM的特征序列，它的维度是(26, 512)，长下图这样：
因为CRNN算法中，图像输入是固定为32（高） x 100（宽）的长条图，经过特征提取器后，高会下采样32倍，宽度方向下采样4倍（由于补边操作，导致w最终=(100/4+1)=26），所以，相当于32 x 100的图像信息，被裁剪成26份，每一份的信息用512个值表示，如下：
重要解释归纳如下：
关于时间步：26个切片，也即26个序列，也就是26个时间步，即双层的BiLSTM（也就是4个LSTM，每层一个前向LSTM和一个反向LSTM）会自循环计算26次，从物理意义上说，相当于LSTM按顺序（从左往右同时从右往左）遍历计算了上图26个切片信息。关于输入列向量Xt：每个序列由512个元素的向量组成，每个时间步，BiLSTM就是去取这512个元素的向量值丢到LSTM单元中去计算。形象的说，就是3.1节中，input_size也即Xt，变为512维向量。关于输出的拼接：BiLSTM每个时间步其实是由2个相反方向的LSTM在计算结果，它们2个的结果会拼接起来，所以，BiLSTM的输出维度是2 x hidden_size关于全连接层：CRNN算法中，在上下两层BiLSTM中间，穿插了一个全连接层，来过度上下两层BiLSTM的输入输出关系。至于为什么要加全连接层，我目前也不是特别清楚，估计是把向量长度拉回原来长度。理论上，不加全连接层，两层BiLSTM也完全是可以轻松的衔接起来的。CRNN算法中，双层BiLSTM代码实现如下：