add rnn_cn.md

doc/howto/deep_model/rnn/rnn_cn.md

+RNN 配置
+=================
+
+本教程将指导你如何在 PaddlePaddle 中配置循环神经网络（RNN）。PaddlePaddle 高度支持灵活和高效的循环神经网络配置。 在本教程中，您将了解如何：
+
+-   准备用来学习循环神经网络的序列数据。
+-   配置循环神经网络架构。
+-   使用学习完成的循环神经网络模型生成序列。
+
+我们将使用 vanilla 循环神经网络和 sequence to sequence 模型来指导你完成这些步骤。sequence to sequence 模型的代码可以在`demo / seqToseq`找到。
+
+准备序列数据
+---------------------
+
+PaddlePaddle 不需要对序列数据进行任何预处理，例如填充。唯一需要做的是将相应类型设置为输入。例如，以下代码段定义了三个输入。 它们都是序列，它们的大小是`src_dict`，`trg_dict`和`trg_dict`：
+
+``` sourceCode
+settings.input_types = [
+  integer_value_sequence(len(settings.src_dict)),
+  integer_value_sequence(len(settings.trg_dict)),
+  integer_value_sequence(len(settings.trg_dict))]
+```
+
+在`process`函数中，每个`yield`函数将返回三个整数列表。每个整数列表被视为一个整数序列：
+
+``` sourceCode
+yield src_ids, trg_ids, trg_ids_next
+```
+
+有关如何编写数据提供程序的更多细节描述，请参考 [PyDataProvider2](../../ui/data_provider/index.html)。完整的数据提供文件在 `demo/seqToseq/dataprovider.py`。
+
+配置循环神经网络架构
+-----------------------------------------------
+
+### 简单门控(Simple Gated)循环神经网络
+
+循环神经网络在每个时间步骤顺序地处理序列。下面列出了 LSTM 的架构的示例。
+
+![image](../../../tutorials/sentiment_analysis/bi_lstm.jpg)
+
+一般来说，循环网络从 *t* = 1 到 *t* = *T* 或者相反从 *t* = *T* 到 *t* = 1 执行以下操作。
+
+*x*<sub>*t* + 1</sub> = *f*<sub>*x*</sub>(*x*<sub>*t*</sub>),*y*<sub>*t*</sub> = *f*<sub>*y*</sub>(*x*<sub>*t*</sub>)
+
+其中 *f*<sub>*x*</sub>(.) 称为**阶跃函数**，而 *f*<sub>*y*</sub>(.) 称为**输出函数**。在 vanilla 循环神经网络中，阶跃函数和输出函数都非常简单。然而，PaddlePaddle 支持通过修改这两个函数来配置非常复杂的架构。 我们将使用 sequence to sequence 模型演示如何配置复杂的循环神经网络模型。在本节中，我们将使用简单的 vanilla 循环神经网络作为使用`recurrent_group`配置简单循环神经网络的例子。 注意，如果你只需要使用简单的RNN，GRU或LSTM，那么推荐使用`grumemory`和`lstmemory`，因为它们的计算效率比`recurrent_group`更高。
+
+对于 vanilla RNN，在每个时间步长，**阶跃函数**为：
+
+*x*<sub>*t* + 1</sub> = *W*<sub>*x*</sub>*x*<sub>*t*</sub> + *W*<sub>*i*</sub>*I*<sub>*t*</sub> + *b*
+
+其中 *x*<sub>*t*</sub> 是RNN状态，并且 *I*<sub>*t*</sub> 是输入，*W*<sub>*x*</sub> 和 *W*<sub>*i*</sub> 分别是RNN状态和输入的变换矩阵。*b* 是偏差。它的**输出函数**只需要*x*<sub>*t*</sub>作为输出。
+
+`recurrent_group`是构建循环神经网络的最重要的工具。 它定义了**阶跃函数**，**输出函数**和循环神经网络的输入。注意，这个函数的`step`参数执行了`step function`（阶跃函数）和`output function`（输出函数）：
+
+
+``` sourceCode
+def simple_rnn(input,
+               size=None,
+               name=None,
+               reverse=False,
+               rnn_bias_attr=None,
+               act=None,
+               rnn_layer_attr=None):
+    def __rnn_step__(ipt):
+       out_mem = memory(name=name, size=size)
+       rnn_out = mixed_layer(input = [full_matrix_projection(ipt),
+                                      full_matrix_projection(out_mem)],
+                             name = name,
+                             bias_attr = rnn_bias_attr,
+                             act = act,
+                             layer_attr = rnn_layer_attr,
+                             size = size)
+       return rnn_out
+    return recurrent_group(name='%s_recurrent_group' % name,
+                           step=__rnn_step__,
+                           reverse=reverse,
+                           input=input)
+```
+
+PaddlePaddle 使用“记忆”构造阶跃函数。**记忆（Memory）**是在PaddlePaddle中构造循环神经网络时最重要的概念。 记忆是在阶跃函数中循环使用的状态，例如*x*<sub>*t* + 1</sub> = *f*<sub>*x*</sub>(*x*<sub>*t*</sub>)。 一个记忆包含**输出**和**输入**。当前时间步处的记忆的输出作为下一时间步记忆的输入。记忆也可以具有**引导层**，其输出被用作记忆的初始值。 在我们的例子中，门控循环单元的输出被用作输出记忆。请注意，`rnn_out`层的名称与`out_mem`的名称相同。这意味着`rnn_out` (*x*<sub>*t* + 1</sub>)的输出被用作`out_mem`记忆的**输出**。
+
+记忆也可以是序列。在这种情况下，在每个时间步中，我们有一个序列作为循环神经网络的状态。这在构造非常复杂的循环神经网络时是有用的。 其他高级功能包括定义多个记忆，以及使用子序列来定义分级循环神经网络架构。
+
+我们在函数的结尾返回`rnn_out`。 这意味着 `rnn_out` 层的输出被用作门控循环神经网络的**输出**函数。
+
+### Sequence to Sequence Model with Attention
+
+我们将使用 sequence to sequence model with attention 作为例子演示如何配置复杂的循环神经网络模型。该模型的说明如下图所示。
+
+![image](../../../tutorials/text_generation/encoder-decoder-attention-model.png)
+
+在这个模型中，源序列 *S* = {*s*<sub>1</sub>, …, *s*<sub>*T*</sub>} 用双向门控循环神经网络编码。双向门控循环神经网络的隐藏状态 *H*<sub>*S*</sub> = {*H*<sub>1</sub>, …, *H*<sub>*T*</sub>} 被称为 *编码向量*。解码器是门控循环神经网络。当解读每一个*y*<sub>*t*</sub>时, 这个门控循环神经网络生成一系列权重 *W*<sub>*S*</sub><sup>*t*</sup> = {*W*<sub>1</sub><sup>*t*</sup>, …, *W*<sub>*T*</sub><sup>*t*</sup>}, 用于计算编码向量的加权和。加权和用来鉴定符号 *y*<sub>*t*</sub> 的生成。
+
+模型的编码器部分如下所示。它叫做`grumemory`来表示门控循环神经网络。如果网络架构简单，那么推荐使用循环神经网络的方法，因为它比 `recurrent_group` 更快。我们已经实现了大多数常用的循环神经网络架构，可以参考 [Layers](../../ui/api/trainer_config_helpers/layers_index.html) 了解更多细节。
+
+我们还将编码向量投射到`decoder_size`维空间，获得反向循环网络的第一个实例，并将其投射到`decoder_size`维空间：
+
+``` sourceCode
+# 定义源语句的数据层
+src_word_id = data_layer(name='source_language_word', size=source_dict_dim)
+# 计算每个词的词向量
+src_embedding = embedding_layer(
+    input=src_word_id,
+    size=word_vector_dim,
+    param_attr=ParamAttr(name='_source_language_embedding'))
+# 应用前向循环神经网络
+src_forward = grumemory(input=src_embedding, size=encoder_size)
+# 应用反向递归神经网络（reverse=True表示反向循环神经网络）
+src_backward = grumemory(input=src_embedding,
+                          size=encoder_size,
+                          reverse=True)
+# 将循环神经网络的前向和反向部分混合在一起
+encoded_vector = concat_layer(input=[src_forward, src_backward])
+
+# 投射编码向量到 decoder_size
+encoder_proj = mixed_layer(input = [full_matrix_projection(encoded_vector)],
+                           size = decoder_size)
+
+# 计算反向RNN的第一个实例
+backward_first = first_seq(input=src_backward)
+
+# 投射反向RNN的第一个实例到 decoder size
+decoder_boot = mixed_layer(input=[full_matrix_projection(backward_first)], size=decoder_size, act=TanhActivation())
+```
+
+解码器使用 `recurrent_group` 来定义循环神经网络。阶跃函数和输出函数在 `gru_decoder_with_attention` 中定义：
+
+``` sourceCode
+group_inputs=[StaticInput(input=encoded_vector,is_seq=True),
+              StaticInput(input=encoded_proj,is_seq=True)]
+trg_embedding = embedding_layer(
+    input=data_layer(name='target_language_word',
+                     size=target_dict_dim),
+    size=word_vector_dim,
+    param_attr=ParamAttr(name='_target_language_embedding'))
+group_inputs.append(trg_embedding)
+
+# 对于配备有注意力机制的解码器，在训练中，
+# 目标向量（groudtruth）是数据输入，
+# 而编码源序列作为无界存储器被访问。
+# StaticInput 意味着不同时间步的相同值，
+# 否则它是一个序列的输入，不同时间步的输入是不同的。
+# 所有输入序列应该有相同的长度。
+decoder = recurrent_group(name=decoder_group_name,
+                          step=gru_decoder_with_attention,
+                          input=group_inputs)
+```
+
+阶跃函数的实现如下所示。首先，它定义解码网络的**记忆**。然后定义 attention，门控循环单元阶跃函数和输出函数：
+
+``` sourceCode
+def gru_decoder_with_attention(enc_vec, enc_proj, current_word):
+    # 定义解码器的记忆
+    # 记忆的输出定义在 gru_step 内
+    # 注意 gru_step 应该与它的记忆名字相同
+    decoder_mem = memory(name='gru_decoder',
+                         size=decoder_size,
+                         boot_layer=decoder_boot)
+    # 计算 attention 加权编码向量
+    context = simple_attention(encoded_sequence=enc_vec,
+                               encoded_proj=enc_proj,
+                               decoder_state=decoder_mem)
+    # 混合当前词向量和attention加权编码向量
+    decoder_inputs = mixed_layer(inputs = [full_matrix_projection(context),
+                                           full_matrix_projection(current_word)],
+                                 size = decoder_size * 3)
+    # 定义门控循环单元循环神经网络阶跃函数
+    gru_step = gru_step_layer(name='gru_decoder',
+                              input=decoder_inputs,
+                              output_mem=decoder_mem,
+                              size=decoder_size)
+    # 定义输出函数
+    out = mixed_layer(input=[full_matrix_projection(input=gru_step)],
+                      size=target_dict_dim,
+                      bias_attr=True,
+                      act=SoftmaxActivation())
+    return out
+```
+
+生成序列
+-----------------
+
+训练模型后，我们可以使用它来生成序列。通常的做法是使用**柱搜索（beam search** 生成序列。以下代码片段定义柱搜索算法。注意，`beam_search`函数假设`step`的输出函数返回下一个标志的 softmax 归一化概率向量。我们对模型进行了以下更改。
+
+-   使用 `GeneratedInput` 来 trg\_embedding。 `GeneratedInput` 计算上一次时间步生成的标记的向量来作为当前时间步的输入。
+-   使用 `beam_search` 函数。这个函数需要设置：
+    -   `bos_id`: 开始标记。每个句子都以开始标记开头。
+    -   `eos_id`: 结束标记。每个句子都以结束标记结尾。
+    -   `beam_size`: 柱搜索算法中的柱大小。
+    -   `max_length`: 生成序列的最大长度。
+-   使用 `seqtext_printer_evaluator` 根据索引矩阵和字典打印文本。这个函数需要设置：
+    -   `id_input`: 数据的整数ID，用于标识生成的文件中的相应输出。
+    -   `dict_file`: 用于将词ID转换为词的字典文件。
+    -   `result_file`: 生成结果文件的路径。
+
+代码如下：
+
+``` sourceCode
+group_inputs=[StaticInput(input=encoded_vector,is_seq=True),
+              StaticInput(input=encoded_proj,is_seq=True)]
+# 在一代中，解码器预测下一目标词基于编码源序列和最后生成的目标词。
+# 编码源序列（编码器输出）必须由只读记忆的 StaticInput 指定。
+# 这里， GeneratedInputs 自动获取上一个被一个开始符号初始化的生成词，例如 <s>。
+trg_embedding = GeneratedInput(
+    size=target_dict_dim,
+    embedding_name='_target_language_embedding',
+    embedding_size=word_vector_dim)
+group_inputs.append(trg_embedding)
+beam_gen = beam_search(name=decoder_group_name,
+                       step=gru_decoder_with_attention,
+                       input=group_inputs,
+                       bos_id=0, # Beginnning token.
+                       eos_id=1, # End of sentence token.
+                       beam_size=beam_size,
+                       max_length=max_length)
+
+seqtext_printer_evaluator(input=beam_gen,
+                          id_input=data_layer(name="sent_id", size=1),
+                          dict_file=trg_dict_path,
+                          result_file=gen_trans_file)
+outputs(beam_gen)
+```
+
+注意，这种生成技术只用于类似解码器的生成过程。如果你正在处理序列标记任务，请参阅 [Semantic Role Labeling Demo](../../demo/semantic_role_labeling/index.html) 了解更多详细信息。
+
+完整的配置文件在`demo/seqToseq/seqToseq_net.py`。