Ce este RNN și LSTM?

Rețele care procesează date în ordine, pas cu pas, păstrând o memorie a ce au văzut înainte; LSTM este varianta care ține minte mai bine.

Denumire completă

Recurrent Neural Network / Long Short-Term Memory – rețea neuronală recurentă / memorie lungă pe termen scurt

Ce înseamnă RNN și LSTM

O RNN (Recurrent Neural Network, rețea neuronală recurentă) este făcută pentru secvențe: text, vorbire, prețuri zilnice. Ea citește elementele unul câte unul și, la fiecare pas, combină elementul nou cu o „memorie” internă (numită stare ascunsă) care rezumă tot ce a văzut până atunci.

Problema RNN-urilor simple este că uită repede: informația de la începutul unei fraze lungi se diluează pe parcurs. LSTM (Long Short-Term Memory), propusă în 1997 de Sepp Hochreiter și Jürgen Schmidhuber, rezolvă în mare parte problema. Până în jurul anului 2017, LSTM-urile erau standardul pentru traducere automată și recunoaștere vocală; apoi au fost înlocuite în mare parte de Transformer.

Cum funcționează

LSTM-ul adaugă o „bandă de memorie” și trei porți care decid ce se întâmplă cu ea: poarta de uitare (ce șterg din memorie), poarta de intrare (ce informație nouă păstrez) și poarta de ieșire (ce folosesc acum). Porțile sunt și ele învățate din date.

Dezavantajul principal: fiind secvențiale, aceste rețele nu pot procesa toate cuvintele în paralel, deci se antrenează lent pe plăcile video moderne. Transformer-ul, cu mecanismul de atenție, procesează toată secvența deodată.

Pe înțelesul tuturor

O RNN simplă este ca cineva care ascultă o poveste lungă fără să ia notițe: la final își amintește bine doar ultimele fraze. Un LSTM este același ascultător cu un carnețel, în care notează ce e important și tăie ce nu mai contează.

Exemplu

În fraza „Copiii care s-au jucat toată după-amiaza în parcul de lângă școală sunt obosiți”, verbul „sunt” trebuie acordat cu „copiii”, aflat cu multe cuvinte înainte. O RNN simplă poate pierde legătura; un LSTM o păstrează mai ușor în memorie. Tastaturile predictive de pe telefoane au folosit mult timp modele LSTM mici.

De reținut

  • RNN-urile procesează datele în ordine și păstrează o stare internă (memorie).
  • LSTM-ul folosește porți pentru a decide ce să țină minte și ce să uite.
  • Se folosesc încă pentru serii de timp și pe dispozitive mici, dar la text au fost înlocuite de Transformer.

Nu confunda

  • Memoria unui LSTM vs. memoria unui chatbot: „memoria” LSTM-ului este starea internă din timpul citirii unei secvențe, nu capacitatea unui asistent de a-și aminti conversații anterioare.

Termeni înrudiți

  • Transformer: Arhitectura de rețea neuronală, prezentată de Google în 2017, pe care sunt construite aproape toate modelele de limbaj actuale.
  • Mecanism de atenție (attention): Tehnica prin care un model decide, pentru fiecare cuvânt, la care alte cuvinte din text să fie atent ca să-i înțeleagă sensul.
  • CNN (rețea neuronală convoluțională): Tip de rețea neuronală specializat pe imagini, care caută tipare mici (margini, colțuri) și le combină în forme și obiecte.
  • Rețea neuronală: Model de AI format din mulți neuroni artificiali legați între ei, care învață din exemple ajustând puterea legăturilor.
  • Backpropagation: Metoda prin care o rețea neuronală află cât a contribuit fiecare pondere la eroare, ca să știe cum să le corecteze.