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首頁大數(shù)據(jù)時代LSTM 中為什么要用 tanh 激活函數(shù)？tanh 激活函數(shù)的作用及優(yōu)勢在哪里？
LSTM 中為什么要用 tanh 激活函數(shù)？tanh 激活函數(shù)的作用及優(yōu)勢在哪里？
2023-04-07
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LSTM是一種常用的循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡架構，它可以有效地解決傳統(tǒng)RNN中長序列訓練過程中產(chǎn)生的梯度消失和梯度爆炸問題。LSTM通過使用門控機制來控制信息的流動，其中tanh激活函數(shù)扮演了重要角色。

tanh激活函數(shù)是一種非線性激活函數(shù)，它在取值范圍內(nèi)的輸出為-1到1之間，其作用主要體現(xiàn)在兩個方面：幾何意義和數(shù)學性質。從幾何意義上看，tanh激活函數(shù)被廣泛應用于神經(jīng)網(wǎng)絡中，因為它可以將輸入數(shù)據(jù)映射到均值為0且位于[-1,1]之間的輸出值，這有助于加速優(yōu)化算法的收斂速度。而從數(shù)學性質來看，tanh激活函數(shù)具有可導性、單調性、連續(xù)性和非線性等特點，它可以使神經(jīng)元的輸出具有更強的表達能力，并且在反向傳播計算梯度時會保持穩(wěn)定。

在LSTM中，tanh激活函數(shù)被用于計算LSTM單元內(nèi)部的狀態(tài)值以及輸出值，它的主要作用是將輸入數(shù)據(jù)進行非線性變換并縮放到[-1,1]之間的范圍內(nèi)，這有助于避免梯度消失和梯度爆炸問題。具體而言，LSTM中的狀態(tài)值和輸出值都是通過門控單元來計算的，其中一個重要的門控單元就是“遺忘門”，它的作用是決定哪些信息需要保留下來，哪些信息需要忘記。該門控單元使用sigmoid函數(shù)來輸出一個介于0和1之間的值，表示需要保留下來的信息部分。

tanh激活函數(shù)在LSTM中的另一個重要作用是將狀態(tài)值進行非線性變換并輸出到網(wǎng)絡的下一層或作為最終的模型輸出。由于tanh函數(shù)的輸出值范圍為[-1,1]，因此狀態(tài)值經(jīng)過tanh激活函數(shù)變換后可以保持在有限的范圍內(nèi)，從而防止梯度消失和梯度爆炸問題的產(chǎn)生。同時，tanh函數(shù)具有對稱性，當輸入為0時，其輸出為0，并且隨著輸入數(shù)據(jù)的增大或減小，輸出值會加速飽和，這也有助于提高模型的穩(wěn)定性。

在實際應用中，tanh激活函數(shù)還有其他優(yōu)勢，比如它可以將輸入數(shù)據(jù)進行歸一化處理、增加模型表達能力、提高模型的分類性能等。此外，tanh激活函數(shù)也被廣泛應用于其他神經(jīng)網(wǎng)絡架構中，如多層感知機、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡等?？傊?，tanh激活函數(shù)在LSTM中的作用不可忽視，它可以有效地解決傳統(tǒng)RNN中的梯度消失和梯度爆炸問題，并且具有可導性、單調性、連續(xù)性和非線性等優(yōu)良數(shù)學性質，是一種非常適合于深度學習模型中的激活函數(shù)。

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