LSTM(長・短期記憶)

1. LSTMの内部

LSTMの内部にある機構について説明します。LSTMには次の主要な要素があります:

  • メモリセル(セルステート): 長期的な情報を保持する役割を果たします。データが時間的にどれだけ離れていても、重要な情報を保持し続けることができます。
  • ゲート機構: 各タイムステップでどの情報を保持し、どの情報を忘れるかを決定します。

LSTMには3つの主要なゲートがあります:

  1. 忘却ゲート(Forget Gate): メモリセルのどの情報を保持し、どれを忘れるかを決定します。
  2. 入力ゲート(Input Gate): 新しい情報をメモリセルに追加するかどうかを決定します。
  3. 出力ゲート(Output Gate): メモリセルの情報を次のタイムステップにどのくらい出力するかを決定します。

リセットゲート更新ゲートは、LSTMではなく、GRU(ゲート付き再帰ユニット)という別のタイプのRNNに存在します。GRUにはメモリセルがなく、リセットゲートと更新ゲートが統合された構造を持っています。

2. LSTMは、動画データの学習にも用いられる

LSTMは動画データの学習にも用いられます。動画データは時間的な連続性を持っているため、LSTMのような時系列データを扱うモデルが適しています。LSTMはフレーム間の依存関係を捉えることができるため、動きや変化を学習するのに適しています。

3. 通常のRNNに比べて長期の依存関係を学習しやすい

LSTMは通常のRNN(再帰型ニューラルネットワーク)に比べて長期の依存関係を学習しやすいです。通常のRNNは、時間が経つにつれて情報が消失する「勾配消失問題」に悩まされがちです。LSTMはメモリセルとゲート機構を持つことで、この問題を克服し、長期間にわたる依存関係を保持しやすくしています。

まとめ

  • LSTMの内部構造: メモリセル、忘却ゲート、入力ゲート、出力ゲートがある。リセットゲートと更新ゲートはGRUの機構。
  • 動画データの学習: LSTMは動画データの時間的依存関係を学習するのに適している。
  • 長期依存関係の学習: 通常のRNNに比べて、LSTMは長期の依存関係を学習しやすい。

LSTMの特徴を理解することで、時系列データやシーケンスデータに対する強力なモデルとしての利用方法が見えてきます。