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modify rnn_config_cn.rst

上级 660b310f
RNN 配置
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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
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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``\ :
.. code:: 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:
.. code:: 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
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简单门控循环神经网络(Gated Recurrent Neural Network)
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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。
.. figure:: ../../../tutorials/sentiment_analysis/bi_lstm.jpg
:alt: image
image
一般来说,循环网络从 *t* = 1 到 *t* = *T* 或者反向地从 *t* = *T* 到 *t*
= 1 执行以下操作。
*x*\ \ *t* + 1 = *f*\ \ *x*\ (*x*\ \ *t*\ ),\ *y*\ \ *t*\  = *f*\ \ *y*\ (*x*\ \ *t*\ )
其中 *f*\ \ *x*\ (.) 称为\ **单步函数**\ (即单时间步执行的函数,step
function),而 *f*\ \ *y*\ (.) 称为\ **输出函数**\ 。在 vanilla
循环神经网络中,单步函数和输出函数都非常简单。然而,PaddlePaddle
可以通过修改这两个函数来实现复杂的网络配置。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,\ **单步函数**\ 为:
*x*\ \ *t* + 1 = *W*\ \ *x*\ \ *x*\ \ *t*\  + *W*\ \ *i*\ \ *I*\ \ *t*\  + *b*
其中 *x*\ \ *t*\ 是RNN状态,并且 *I*\ \ *t*\ 是输入,\ *W*\ \ *x*\ 和
*W*\ \ *i*\ 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*\ \ *t*\ 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\ **单步函数**\ ,\ **输出函数**\ 和循环神经网络的输入。注意,这个函数的\ ``step``\ 参数需要实现\ ``step function``\ (单步函数)和\ ``output function``\ (输出函数):
.. code:: 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“Memory”(记忆模块)实现单步函数。\ **Memory**\ 是在PaddlePaddle中构造循环神经网络时最重要的概念。
Memory是在单步函数中循环使用的状态,例如\ *x*\ \ *t* + 1 = *f*\ \ *x*\ (*x*\ \ *t*\ )。
一个Memory包含\ **输出**\ 和\ **输入**\ 。当前时间步处的Memory的输出作为下一时间步Memory的输入。Memory也可以具有\ **boot
layer(引导层)**\ ,其输出被用作Memory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Memory。请注意,\ ``rnn_out``\ 层的名称与\ ``out_mem``\ 的名称相同。这意味着\ ``rnn_out``
(*x*\ \ *t* + 1)的输出被用作\ ``out_mem``\ Memory的\ **输出**\ 。
Memory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Memory,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。
.. figure:: ../../../tutorials/text_generation/encoder-decoder-attention-model.png
:alt: image
image
在这个模型中,源序列 *S* = {*s*\ 1, …, \ *s*\ \ *T*\ }
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*\ \ *S*\  = {*H*\ 1, …, \ *H*\ \ *T*\ } 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*\ \ *t*\ 时,
这个门控循环神经网络生成一系列权重
*W*\ \ *S*\ \ *t*\  = {*W*\ 1\ *t*\ , …, \ *W*\ \ *T*\ \ *t*\ },
用于计算编码向量的加权和。加权和用来生成\ *y*\ \ *t*\ 。
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。这通过获得反向循环网络的第一个实例,并将其投射到
``decoder_size`` 维空间完成:
.. code:: 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。单步函数和输出函数在
``gru_decoder_with_attention`` 中定义:
.. code:: 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,
# 而源序列的编码向量可以被无边界的memory访问
# StaticInput 意味着不同时间步的输入都是相同的值,
# 否则它以一个序列输入,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)
单步函数的实现如下所示。首先,它定义解码网络的\ **Memory**\ 。然后定义
attention,门控循环单元单步函数和输出函数:
.. code:: sourcecode
def gru_decoder_with_attention(enc_vec, enc_proj, current_word):
# 定义解码器的Memory
# Memory的输出定义在 gru_step 内
# 注意 gru_step 应该与它的Memory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单步函数
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\ **beam search**
生成序列。以下代码片段定义 beam search 算法。注意,\ ``beam_search``
函数假设 ``step`` 的输出函数返回的是下一个时刻输出词的 softmax
归一化概率向量。我们对模型进行了以下更改。
- 使用 ``GeneratedInput`` 来表示 trg\_embedding。 ``GeneratedInput``
将上一时间步所生成的词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``: beam search 算法中的beam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:
.. code:: sourcecode
group_inputs=[StaticInput(input=encoded_vector,is_seq=True),
StaticInput(input=encoded_proj,is_seq=True)]
# 在生成时,解码器基于编码源序列和最后生成的目标词预测下一目标词。
# 编码源序列(编码器输出)必须由只读Memory的 StaticInput 指定。
# 这里, GeneratedInputs 自动获取上一个生成的词,并在最开始初始化为起始词,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``\ 。
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