如何在 Keras 中组合具有不同输入大小的两个 LSTM 层？

Question

我有两种类型的输入序列，其中input1包含 50 个值， input2包含 25 个值。 我尝试在功能 API 中使用 LSTM 模型组合这两种序列类型。 但是，由于我的两个输入序列的长度不同，我想知道我目前所做的是否正确。 我的代码如下：

input1 = Input(shape=(50,1))
x1 = LSTM(100)(input1)
input2 = Input(shape=(25,1))
x2 = LSTM(50)(input2)

x = concatenate([x1,x2])
x = Dense(200)(x)
output = Dense(1, activation='sigmoid')(x)

model = Model(inputs=[input1,input2], outputs=output)

更具体地说，我想知道如何组合具有不同输入长度的两个 LSTM 层（即在我的情况下为 50 和 25）。 如果需要，我很乐意提供更多详细信息。

Answer 1

实际上，您的问题在像 NLP 这样的任务中很正常，因为您有不同长度的序列。 在您的评论中，您通过使用return_sequences=False丢弃所有先前的输出，这在我们的实践中并不常见，并且通常会导致低性能模型。

注：神经网络架构设计没有终极解决方案

这是我可以建议的。

方法一（不需要自定义图层）

您可以在两个 LSTM 中使用相同的潜在维度，并将它们堆叠在 2 维中，并将它们视为一个大的隐藏层张量。

input1 = Input(shape=(50,1))
x1 = LSTM(100, return_sequences=True)(input1)
input2 = Input(shape=(25,1))
x2 = LSTM(100, return_sequences=True)(input2)
x = concatenate([x1,x2], axis=1)

# output dimension = (None, 75, 100)

如果你不想拥有相同的潜在维度，其他人所做的就是再增加 1 个我们通常称之为映射层的部分，它由密集层堆叠而成。 这种方法有更多的变量，这意味着模型更难训练。

input1 = Input(shape=(50,1))
x1 = LSTM(100, return_sequences=True)(input1)
input2 = Input(shape=(25,1))
x2 = LSTM(50, return_sequences=True)(input2)

# normally we have more than 1 hidden layer
Map_x1 = Dense(75)(x1)
Map_x2 = Dense(75)(x2)
x = concatenate([Map_x1 ,Map_x2 ], axis=1)

# output dimension = (None, 75, 75)

或展平输出（两者）

input1 = Input(shape=(50,1))
x1 = LSTM(100, return_sequences=True)(input1)
input2 = Input(shape=(25,1))
x2 = LSTM(50, return_sequences=True)(input2)

# normally we have more than 1 hidden layer
flat_x1 = Flatten()(x1)
flat_x2 = Flatten()(x2)
x = concatenate([flat_x1 ,flat_x2 ], axis=1)

# output (None, 2650)

方法二（需要自定义图层）

创建您的自定义层并使用产生注意向量的注意机制，并将该注意向量用作 LSTM 输出张量的表示。 其他人所做的并获得更好的性能是使用 LSTM 的最后一个隐藏状态（你只在你的模型中使用）和注意力向量作为表示。

注意：根据研究，不同类型的注意力提供了几乎相同的性能，因此我推荐“Scaled Dot-Product Attention”，因为它计算速度更快。

input1 = Input(shape=(50,1))
x1 = LSTM(100, return_sequences=True)(input1)
input2 = Input(shape=(25,1))
x2 = LSTM(50, return_sequences=True)(input2)

rep_x1 = custom_layer()(x1)
rep_x2 = custom_layer()(x2)
x = concatenate([rep_x1 ,rep_x2], axis=1)

# output (None, (length rep_x1+length rep_x2))