基础 | TreeLSTM Sentiment Classification

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昨天的周日讨论班讲的是TreeLSTM Sentiment Classification，主讲人：王铭涛

今天我来做一下总结。

下面的图片来自于 王铭涛的ppt

导读

我们一步一步来。先说最基础的 RNN 结构：

公式为：

就一个简单的隐层h。

但是RNN的缺点是会有梯度爆炸或者梯度消失问题。这里我就不详细解释了。下面推荐阅读有我之前的RNN，LSTM详细讲解，想更深一步了解的可以去看看。

因为这个致命的问题，有人提出了LSTM网络，改善了RNN的缺点，我们来回顾下：

重新添加了输入门i，输出门o，遗忘门f和记忆单元C，外加之前的一个隐层h（此h非RNN的h，公式可见区别，但都是隐层）。

这种普通的LSTM都是解决线性问题的。例如常用的应用之句子分类：每个词在随着时间序列的增加而不断地依次进入LSTM网络。

这种方法有明显的局限性：当前词的输入需要依赖前一步词的输入。但是如果我当前词要进行运算，而此时前一步词还没有进行计算可怎么办？比如下面的基于依存树的情感分类。

TreeLSTM

比如，这是一棵依存树的抽象表达（如果暂时不知道依存树的就把这个当成一棵树）：

空白方框就LSTM的一个单元。文本序列为x1,x2,x4,x5,x6。（x3ppt中少画了，谅解）

x是输入的序列，y是每个x输入后经过LSTM一个时间片段的预测输出。我们可以看出(y5你们能看出是哪个)，y4的产生依靠于x4的输入，y5的产生依靠于x5的输入，y6的产生依靠于x6的输入；y3产生需要依赖于y4，y5，y6的输入，y2的产生依靠于x2的输入；y1的产生依靠于y2,x1,y3的输入。这个显然就不能用到普通LSTM了。这时候TreeLSTM就登场上了历史舞台，开始绽放放光彩！

既然TreeLSTM和普通LSTM不一样了，那么咱们怎么计算他们呢？

虽说不一样，其实也是有相同的地方。比如普通LSTM当前时间段需要的输入是在执行在本时间段以前就产生了。这样就能一个接一个的运行下去。

TreeLSTM也一样，我们看图：

我们先找y2,y4,y5,y6的产生依赖于的x2,x4,x5,x6都已经存在，那么我们就能通过x2,x4,x5,x6分别过自己的隐层，得到对应的y2,y4,y5,y6；类似的，y2,y3也能相继产生；接着最终的y1也产生了。

计算逻辑

那这样的到底怎么个呢？暂时我知道的有两种方法

前提：

如果当前节点的孩子节点有了值（就是有了y），那么我们就将该孩子节点与当前节点的度去掉。

方法一

当前节点入度为0的时候，也就是计算它的所有准备条件都有了的时候，就能对它进行计算了。所以，这个方法总结就是入度为0的节点都可以计算，然后更新每个节点的入度，再重复该操作。

方法二

层次遍历。最下面的从最下面的开始计算，最下面的肯定是可以直接计算的。然后刷新，再计算。

这两种方法在自己以后优化batch的时候很有用的。

具体TreeLSTM计算分析

我们找具体找一个分析：

y1的产生依靠于y2,x1,y3的输入。那具体怎么计算的呢？

这里有张计算图，请看：

其中h为LSTM的隐层，c为LSTM的记忆单元。

公式为（在普通LSTM上稍微修改了下）：

根据公式，我们来梳理下上面计算图：

h2,h3求和再与x1进行

得到u1。

c2,f2与c3,f3分别按位相乘再求和，再加上u1，i1按位相乘，最后两个和相加即可，得到c1。（i1怎么算，公式里有。）

最后通过该公式

得到隐层h1。

计算loss

每个隐层y都要经过一个线性层，映射到具体的类别上，就是每个x对应一个类别，公式为：

最终的损失函数为：

这个损失函数用的是交叉熵，最后是一个正则化。

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