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论文阅读 (33): Unsupervised Representation Learning wi

MiracleWong / 3402人阅读

摘要:第一层的输入为统一噪声分布,由于其操作仅仅为矩阵乘法,可以看做是一个全连接层。一个维的统一分布被映射到具有多个特征图的小空间范围卷积表示。对抗性训练细节我们在三个数据集上训练,即大规模风景数据集和一个新装配的人脸数据集。

1 引入

  论文题目Unsupervised representation learning with deep convolutional generative adversarial networks
  Torch地址https://github.com/pytorch/examples/tree/master/dcgan
  摘要:近年来,基于卷积神经网络 (CNN) 的监督学习广泛应用于计算机视觉领域。然,无监督CNN却鲜有关注。本文希冀在无监督学习和有监督学习之间建立CNN桥梁,并引入深度卷积生成对抗 (deep convolutional generative adversarial networks)类的CNN网络 (DCGANs),其包含某些架构限制 (certain architectural constraints),且被证明是无监督学习的种子选手。实验在多类数据集上进行,结果表明我们的生成器 (generator)和鉴别器 (discriminator) 能够学习到从对象部分至场景的表示层次结构 (a hierarchy of representations)。此外,我们将学习到的特征用于新任务,以证明它们作为一般图像表示的适用性。
  Bib格式

@misc{Radford:2016:unsupervised,	title		=	{Unsupervised representation learning with deep convolutional generative adversarial networks}, 	author		=	{Alec Radford and Luke Metz and Soumith Chintala},	year		=	{2016},}

2 方法和模型架构

  本方法的核心是采用并修改三个最近展示的、对CNN架构的更改:
  1)第一个是全卷积网络(all convolutional net),其使用步幅卷积 (strided convolutions) 来代替确定性空间池池化函数 (deterministic spatial pooling functions) (如maxpooling),允许网络学习自己的空间下采样 (spatial upsampling) 和鉴别器 (discriminator)。
  2)第二个是倾向于在最顶层的卷积后面消除全连接层。一个强有力的例子是全局平均池化 (global average pooling),其被用于最先进的艺术图像分类模型中。尽管该技术可以增强模型的稳定性,却降低了其收敛速度 (convergence speed)。在最高卷积特征 (highest convolutional features) 的中间地带,直接连接生成器 (generator)的输入与鉴别器 (discriminator)的输出也能做得很好。GAN第一层的输入为统一噪声分布 (uniform noise distribution ) Z Z Z,由于其操作仅仅为矩阵乘法,可以看做是一个全连接层。该层的输出将被重组为一个 4 4 4维张量,并作为卷积堆叠 (convolution stack)的起始。对于鉴别器,其最后一个卷积层是平整的并传递给一个单个sigmoid函数。模型的具体架构如下图:

  图1:用于LSUN风景模型的DCGAN生成器。一个 100 100 100维的统一分布 Z Z Z映射到具有多个特征图 (feature maps) 的小空间范围卷积表示 (small spatial extent convolutional representation)。然后一连串的四微步卷积 (four fractionally-strided convolution) (一些文章中将其错误的称之为反卷积 (deconvolutions)) 将这些高级表示 (high level representation) 转换为 64 × 64 64/times64 64×64的像素图。值得一提的是,本网络没有使用任何全连接层或者池化层。

  3)第三个是批量归一化 (batch normalization),其将每个单元的输入归一化,使其均值为 0 0 0和单位方差,以稳定学习。这有助于处理由于初始化不佳而产生的训练问题,及有助于更深层次模型中的梯度流 (gradient flow)。这被证明是让深层生成器开始学习的关键,防止生成器将所有样本被折叠为一个单点。然而,直接运用批量归一化到所有网络层,将导致样本震荡 (sample oscillation) 和模型失稳 (model instability)。解决措施则是不将该层运用于生成器的输出和鉴别器的输入层。

  生成器的输出层使用Tanh函数,余下层则使用ReLU函数。我们观察到,使用有界限的激活函数可以允许模型更快地达到学习饱和,并覆盖训练分布 (training distribution) 的颜色空间 (color space)。在鉴别器中,我们发现leaky激活函数可以工作的很好,尤其在更高分辨率建模 (higher resolution modeling)。这与最初的GAN文章形成对比,其使用maxout函数

   稳定的深度卷积GANs的架构指南如下:
  1)鉴别器使用步幅卷积,生成器使用微步幅卷积;
  2)鉴别器和生成器上均使用批量归一化;
  3)去除全连接隐藏层;
  4)生成器的输出层使用Tanh,余下使用ReLU;
  5)辨别器均使用LeakyReLU。

3 对抗性训练细节 (details of adversarial training)

  我们在三个数据集上训练DCGANs,即大规模风景数据集 (large-scale scene understanding (LSUN))Imagenet- 1 1 1k和一个新装配的人脸数据集。
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

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