【NLP高频面题】LSTM的前向计算如何进行加速？

重要性：★★★

核心思想：将小矩阵合并成大矩阵再进行梯度分块（Reduce → Map）。

1. 合并计算遗忘门、输入门、输出门和新增信息的仿射变换，使用“大矩阵”加速运算
2. 通过slice 节点将矩阵分成了 4 份，因此它的反向传播需要整合 4 个梯度

现在我们先来整理一下 LSTM 中进行的计算，如下所示：

这里需要注意式中的 4 个仿射变换。这里的仿射变换是指 $x{W}_x+h{W}_h+b$ 这样的式子。4 个仿射变换，其实可以整合为通过 1 个式子进行，如下图所示。

整合4个权重，通过1次仿射变换进行4个计算：

如此，原本单独执行 4 次的仿射变换通过 1 次计算即可完成，可以加快计算速度。这是因为矩阵库计算“大矩阵”时通常会更快。

整合4个权重进行仿射变换的LSTM的计算图：

仿射变换的形状的改变：

批大小是 N，输入数据的维数是 D，记忆单元和隐藏状态的维数都是 H。另外，计算结果 A 中保存了 4 个仿射变换的结果。因此，通过 A[:, :H]、A[:, H:2H] 这样的切片取出数据，并分配给之后的运算节点。

slice节点的正向传播（上）和反向传播（下）：