【李宏毅2020 ML/DL】补充：Meta Learning - Gradient Descent as LSTM

我已经有两年 ML 经历，这系列课主要用来查缺补漏，会记录一些细节的、自己不知道的东西。

本次笔记补充视频 BV1JE411g7XF 的缺失部分。上节课李老师讲了元学习中的参数初始化方法：MAML 与 Reptile 。本节课内容为 Gradient Descent as LSTM 。在 B 站搜索 meta 与 lstm 即可找到视频。本节内容 30 分钟左右。

注意：本节讨论的是“元学习”，我们将讨论用 LSTM 做优化器的方法。我们所指的训练，是指训练优化器 LSTM 的参数。

1. 我们可以把元学习的过程，当然 RNN 来看。首先复习 RNN 。多数时候，我们说 RNN ，其实就是在用 LSTM 。
2. 比较 LSTM 中的运算与 meta-learning 中的更新式，会发现有一些相似之处。
3. 在实际操作中，我们做了非常大的简化。
4. 此外，我们很久以前介绍过一些优化方法，如 RMSProp 、Momentum ，是需要过去的梯度来确定现在的梯度的。因此，可以根据这个为 LSTM 做些改进。

文章目录

• 本节内容综述
• 小细节
• • • 引入 RNN
    • Recurrent Neural Network
    • Similar to gradient descent based algorithm
    • LSTM for Gradient Descent
    • Real Implementation
    • Experimental Results
    • About Previous Gradients
    • • Experimental Results

引入 RNN

如上，我们的训练过程像 RNN 计算过程。主要源自两篇文章。

Recurrent Neural Network

如上，RNN的输入输出过程。

多数时候，我们说 RNN ，其实就是在用 LSTM 。



LSTM的运算如上。

Similar to gradient descent based algorithm

如上，我们何不把 c t c^t ct 当作 θ t \theta^t θt 来看呢？

此外，为了使两个式子更相像，我们把 LSTM 的 input 从 h t + 1 , x t h^{t+1}, x^t ht+1,xt 变成 − ∇ θ l -\nabla_\theta l −∇θ​l 。

我们发现，梯度下降其实是 LSTM 的简化版。

此外，我们还看做些调整，如上。这样，机器就会自动地调整 learning rate ，并且进行了些正则。

LSTM for Gradient Descent

如上，我们使用“简化版LSTM”，更新参数。我们的目标 loss 即为最终算出的 l ( θ i ) l(\theta^i) l(θi) 。

有几个要注意的地方：

• 在一般的 LSTM 里面，每次的 c c c 与 x x x 是无关的；
• 而在我们这里，现在的 θ \theta θ 会影响到 − ∇ θ l -\nabla_\theta l −∇θ​l 。

Real Implementation

如上，实际操作中， LSTM 只有一个 cell ，并且被用于所有的参数上。

好处是：

• 模型容量小了；
• 符合在参数上应用同样规则的原理；
• 允许 training 与 testing 模型不同。

Experimental Results

如上，我们发现 Forget gate 一般保持在 1 左右；并且，其学习率是动态变化的。

About Previous Gradients

我们在架构中加入“过去的梯度”，让过去的梯度也参与现在梯度的决定，类似优化器 Momentum 。

如上，我们再加一层绿色的 LSTM ，希望 m 存储过去的梯度。但是，李老师对原论文做了些“幻想”，原论文中，只使用了 LSTM 做 m 的存储，上面的蓝色 LSTM 是没有的；而另外一篇论文是有上面，没有下面的 LSTM 。

Experimental Results

如上，LSTM 作为优化器，得到了很惊人的效果。而这个 LSTM 中的参数在 1 * 20 的小神经网络中训练好了；拿到测试任务中，也训练得起来。

但是如最后一张图，训练时与测试时使用不同的激活函数，会坏掉。

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来源： https://blog.51cto.com/u_15279775/2936222