对抗训练浅谈:意义、方法和思考(附Keras实现)
By 苏剑林 | 2020-03-01 | 225755位读者 | 引用当前,说到深度学习中的对抗,一般会有两个含义:一个是生成对抗网络(Generative Adversarial Networks,GAN),代表着一大类先进的生成模型;另一个则是跟对抗攻击、对抗样本相关的领域,它跟GAN相关,但又很不一样,它主要关心的是模型在小扰动下的稳健性。本博客里以前所涉及的对抗话题,都是前一种含义,而今天,我们来聊聊后一种含义中的“对抗训练”。
本文包括如下内容:
1、对抗样本、对抗训练等基本概念的介绍;
2、介绍基于快速梯度上升的对抗训练及其在NLP中的应用;
3、给出了对抗训练的Keras实现(一行代码调用);
4、讨论了对抗训练与梯度惩罚的等价性;
5、基于梯度惩罚,给出了一种对抗训练的直观的几何理解。
Designing GANs:又一个GAN生产车间
By 苏剑林 | 2020-02-13 | 33810位读者 | 引用在2018年的文章里《f-GAN简介:GAN模型的生产车间》笔者介绍了f-GAN,并评价其为GAN模型的“生产车间”,顾名思义,这是指它能按照固定的流程构造出很多不同形式的GAN模型来。前几天在arxiv上看到了新出的一篇论文《Designing GANs: A Likelihood Ratio Approach》(后面简称Designing GANs或原论文),发现它在做跟f-GAN同样的事情,但走的是一条截然不同的路(不过最后其实是殊途同归),整篇论文颇有意思,遂在此分享一番。
f-GAN回顾
从《f-GAN简介:GAN模型的生产车间》中我们可以知道,f-GAN的首要步骤是找到满足如下条件的函数$f$:
1、$f$是非负实数到实数的映射($\mathbb{R}^* \to \mathbb{R}$);
2、$f(1)=0$;
3、$f$是凸函数。
级联抑制:提升GAN表现的一种简单有效的方法
By 苏剑林 | 2019-12-01 | 33851位读者 | 引用昨天刷arxiv时发现了一篇来自星星韩国的论文,名字很直白,就叫做《A Simple yet Effective Way for Improving the Performance of GANs》。打开一看,发现内容也很简练,就是提出了一种加强GAN的判别器的方法,能让GAN的生成指标有一定的提升。
作者把这个方法叫做Cascading Rejection,我不知道咋翻译,扔到百度翻译里边显示“级联抑制”,想想看好像是有这么点味道,就暂时这样叫着了。介绍这个方法倒不是因为它有多强大,而是觉得它的几何意义很有趣,而且似乎有一定的启发性。
正交分解
GAN的判别器一般是经过多层卷积后,通过flatten或pool得到一个固定长度的向量$\boldsymbol{v}$,然后再与一个权重向量$\boldsymbol{w}$做内积,得到一个标量打分(先不考虑偏置项和激活函数等末节):
\begin{equation}D(\boldsymbol{x})=\langle \boldsymbol{v},\boldsymbol{w}\rangle\end{equation}
也就是说,用$\boldsymbol{v}$作为输入图片的表征,然后通过$\boldsymbol{v}$和$\boldsymbol{w}$的内积大小来判断出这个图片的“真”的程度。
从动力学角度看优化算法(四):GAN的第三个阶段
By 苏剑林 | 2019-05-03 | 96357位读者 | 引用在对GAN的学习和思考过程中,我发现我不仅学习到了一种有效的生成模型,而且它全面地促进了我对各种模型各方面的理解,比如模型的优化和理解视角、正则项的意义、损失函数与概率分布的联系、概率推断等等。GAN不单单是一个“造假的玩具”,而是具有深刻意义的概率模型和推断方法。
作为事后的总结,我觉得对GAN的理解可以粗糙地分为三个阶段:
1、样本阶段:在这个阶段中,我们了解了GAN的“鉴别者-造假者”诠释,懂得从这个原理出发来写出基本的GAN公式(如原始GAN、LSGAN),比如判别器和生成器的loss,并且完成简单GAN的训练;同时,我们知道GAN有能力让图片更“真”,利用这个特性可以把GAN嵌入到一些综合模型中。
2、分布阶段:在这个阶段中,我们会从概率分布及其散度的视角来分析GAN,典型的例子是WGAN和f-GAN,同时能基本理解GAN的训练困难问题,比如梯度消失和mode collapse等,甚至能基本地了解变分推断,懂得自己写出一些概率散度,继而构造一些新的GAN形式。
3、动力学阶段:在这个阶段中,我们开始结合优化器来分析GAN的收敛过程,试图了解GAN是否能真的达到理论的均衡点,进而理解GAN的loss和正则项等因素如何影响的收敛过程,由此可以针对性地提出一些训练策略,引导GAN模型到达理论均衡点,从而提高GAN的效果。
从DCGAN到SELF-MOD:GAN的模型架构发展一览
By 苏剑林 | 2019-04-19 | 80739位读者 | 引用O-GAN:简单修改,让GAN的判别器变成一个编码器!
By 苏剑林 | 2019-03-06 | 248447位读者 | 引用本文来给大家分享一下笔者最近的一个工作:通过简单地修改原来的GAN模型,就可以让判别器变成一个编码器,从而让GAN同时具备生成能力和编码能力,并且几乎不会增加训练成本。这个新模型被称为O-GAN(正交GAN,即Orthogonal Generative Adversarial Network),因为它是基于对判别器的正交分解操作来完成的,是对判别器自由度的最充分利用。
巧断梯度:单个loss实现GAN模型
By 苏剑林 | 2019-02-22 | 45702位读者 | 引用我们知道普通的模型都是搭好架构,然后定义好loss,直接扔给优化器训练就行了。但是GAN不一样,一般来说它涉及有两个不同的loss,这两个loss需要交替优化。现在主流的方案是判别器和生成器都按照1:1的次数交替训练(各训练一次,必要时可以给两者设置不同的学习率,即TTUR),交替优化就意味我们需要传入两次数据(从内存传到显存)、执行两次前向传播和反向传播。
如果我们能把这两步合并起来,作为一步去优化,那么肯定能节省时间的,这也就是GAN的同步训练。
(注:本文不是介绍新的GAN,而是介绍GAN的新写法,这只是一道编程题,不是一道算法题~)
如果在TF中
能量视角下的GAN模型(二):GAN=“分析”+“采样”
By 苏剑林 | 2019-02-15 | 131359位读者 | 引用在这个系列中,我们尝试从能量的视角理解GAN。我们会发现这个视角如此美妙和直观,甚至让人拍案叫绝。
上一篇文章里,我们给出了一个直白而用力的能量图景,这个图景可以让我们轻松理解GAN的很多内容,换句话说,通俗的解释已经能让我们完成大部分的理解了,并且把最终的结论都已经写了出来。在这篇文章中,我们继续从能量的视角理解GAN,这一次,我们争取把前面简单直白的描述,用相对严密的数学语言推导一遍。
跟第一篇文章一样,对于笔者来说,这个推导过程依然直接受启发于Bengio团队的新作《Maximum Entropy Generators for Energy-Based Models》。
原作者的开源实现:https://github.com/ritheshkumar95/energy_based_generative_models
本文的大致内容如下:
1、推导了能量分布下的正负相对抗的更新公式;
2、比较了理论分析与实验采样的区别,而将两者结合便得到了GAN框架;
3、导出了生成器的补充loss,理论上可以防止mode collapse;
4、简单提及了基于能量函数的MCMC采样。
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