细水长flow之RealNVP与Glow:流模型的传承与升华
By 苏剑林 | 2018-08-26 | 300088位读者 |话在开头 #
上一篇文章《细水长flow之NICE:流模型的基本概念与实现》中,我们介绍了flow模型中的一个开山之作:NICE模型。从NICE模型中,我们能知道flow模型的基本概念和基本思想,最后笔者还给出了Keras中的NICE实现。
本文我们来关心NICE的升级版:RealNVP和Glow。
精巧的flow #
不得不说,flow模型是一个在设计上非常精巧的模型。总的来看,flow就是想办法得到一个encoder将输入$\boldsymbol{x}$编码为隐变量$\boldsymbol{z}$,并且使得$\boldsymbol{z}$服从标准正态分布。得益于flow模型的精巧设计,这个encoder是可逆的,从而我们可以立马从encoder写出相应的decoder(生成器)出来,因此,只要encoder训练完成,我们就能同时得到decoder,完成生成模型的构建。
为了完成这个构思,不仅仅要使得模型可逆,还要使得对应的雅可比行列式容易计算,为此,NICE提出了加性耦合层,通过多个加性耦合层的堆叠,使得模型既具有强大的拟合能力,又具有单位雅可比行列式。就这样,一种不同于VAE和GAN的生成模型——flow模型就这样出来了,它通过巧妙的构造,让我们能直接去拟合概率分布本身。
待探索的空间 #
NICE提供了flow模型这样一种新的思路,并完成了简单的实验,但它同时也留下了更多的未知的空间。flow模型构思巧妙,相比之下,NICE的实验则显得过于粗糙:只是简单地堆叠了全连接层,并没有给出诸如卷积层的用法,论文虽然做了多个实验,但事实上真正成功的实验只有MNIST,说服力不够。
因此,flow模型还需要进一步挖掘,才能在生成模型领域更加出众。这些拓展,由它的“继承者”RealNVP和Glow模型完成了,可以说,它们的工作使得flow模型大放异彩,成为生成模型领域的佼佼者。
RealNVP #
这部分我们来介绍RealNVP模型,它是NICE的改进,来自论文《Density estimation using Real NVP》。它一般化了耦合层,并成功地在耦合模型中引入了卷积层,使得可以更好地处理图像问题。更进一步地,它还提出了多尺度层的设计,这能够降低计算量,通过还提供了强大的正则效果,使得生成质量得到提升。至此,flow模型的一般框架开始形成。
后面的Glow模型基本上沿用了RealNVP的框架,只是对部分内容进行了修改(比如引入了可逆1x1卷积来代替排序层)。不过值得一提的是,Glow简化了RealNVP的结构,表明RealNVP中某些比较复杂的设计是没有必要的。因此本文在介绍RealNVP和Glow时,并没有严格区分它们,而只是突出它们的主要贡献。
仿射耦合层 #
其实NICE和RealNVP的第一作者都是Laurent Dinh,他是Bengio的博士生,他对flow模型的追求和完善十分让我钦佩。在第一篇NICE中,他提出了加性耦合层,事实上也提到了乘性耦合层,只不过没有用上;而在RealNVP,加性和乘性耦合层结合在一起,成为一个一般的“仿射耦合层”。
$$\begin{aligned}&\boldsymbol{h}_{1} = \boldsymbol{x}_{1}\\
&\boldsymbol{h}_{2} = \boldsymbol{s}(\boldsymbol{x}_{1})\otimes\boldsymbol{x}_{2} + \boldsymbol{t}(\boldsymbol{x}_{1})\end{aligned}\tag{1}$$
这里的$\boldsymbol{s},\boldsymbol{t}$都是$\boldsymbol{x}_1$的向量函数,形式上第二个式子对应于$\boldsymbol{x}_2$的一个仿射变换,因此称为“仿射耦合层”。
仿射耦合的雅可比矩阵依然是一个三角阵,但对角线不全为1,用分块矩阵表示为
$$\left[\frac{\partial \boldsymbol{h}}{\partial \boldsymbol{x}}\right]=\begin{pmatrix}\mathbb{I}_d & \mathbb{O} \\
\left[\frac{\partial \boldsymbol{s}}{\partial \boldsymbol{x}_1}\otimes \boldsymbol{x}_2+\frac{\partial \boldsymbol{t}}{\partial \boldsymbol{x}_1}\right] & \boldsymbol{s}\end{pmatrix}\tag{2}$$
很明显,它的行列式就是$\boldsymbol{s}$各个元素之积。为了保证可逆性,一般我们约束$\boldsymbol{s}$各个元素均大于零,所以一般情况下,我们都是直接用神经网络建模输出$\log \boldsymbol{s}$,然后取指数形式$e^{\log \boldsymbol{s}}$。
注:从仿射层大概就可以知道RealNVP的名称来源了,它的全称为“real-valued non-volume preserving”,强行翻译为“实值非体积保持”。相对于加性耦合层的行列式为1,RealNVP的雅可比行列式不再恒等于1,而我们知道行列式的几何意义就是体积(请参考《〈新理解矩阵5〉:体积=行列式》),所以行列式等于1就意味着体积没有变化,而仿射耦合层的行列式不等于1就意味着体积有所变化,所谓“非体积保持”。
随机打乱维度 #
在NICE中,作者通过交错的方式来混合信息流(这也理论等价于直接反转原来的向量),如下图(对应地,这里已经换为本文的仿射耦合层图示):
而RealNVP发现,通过随机的方式将向量打乱,可以使信息混合得更加充分,最终的loss可以更低,如图
这里的随机打乱,就是指将每一步flow输出的两个向量$\boldsymbol{h}_1, \boldsymbol{h}_2$拼接成一个向量$\boldsymbol{h}$,然后将这个向量重新随机排序。
引入卷积层 #
RealNVP中给出了在flow模型中合理使用卷积神经网络的方案,这使得我们可以更好地处理图像问题,并且减少参数量,还可以更充分发挥模型的并行性能。
注意,不是任意情况下套用卷积都是合理的,用卷积的前提是输入(在空间维度)具有局部相关性。图像本身是具有局部相关性的,因为相邻之间的像素是有一定关联的,因此一般的图像模型都可以使用卷积。但是我们注意flow中的两个操作:1、将输入分割为两部分$\boldsymbol{x}_1,\boldsymbol{x}_2$,然后输入到耦合层中,而模型$\boldsymbol{s},\boldsymbol{t}$事实上只对$\boldsymbol{x}_1$进行处理;2、特征输入耦合层之前,要随机打乱原来特征的各个维度(相当于乱序的特征)。这两个操作都会破坏局部相关性,比如分割操作有可能割裂原来相邻的像素,随机打乱也可能将原来相邻的两个像素分割得很远。
所以,如果还要坚持使用卷积,就要想办法保留这种空间的局部相关性。我们知道,一幅图像有三个轴:高度(height)、宽度(width)、通道(channel),前两个属于空间轴,显然具有局部相关性,因此能“搞”的就只有“通道”轴。为此,RealNVP约定分割和打乱操作,都只对“通道”轴执行。也就是说,沿着通道将输入分割为$\boldsymbol{x}_1,\boldsymbol{x}_2$后,$\boldsymbol{x}_1$还是具有局部相关性的,还有沿着通道按着同一方式打乱整体后,空间部分的相关性依然得到保留,因此在模型$\boldsymbol{s},\boldsymbol{t}$中就可以使用卷积了。
注:在RealNVP中,将输入分割为两部分的操作称为mask,因为这等价于用0/1来区别标注原始输入。除了前面说的通过通道轴对半分的mask外,RealNVP事实上还引入了一种空间轴上的交错mask,如上图的右边,这种mask称为棋盘式mask(格式像国际象棋的棋盘)。这种特殊的分割也保留了空间局部相关性,原论文中是两种mask方式交替使用的,但这种棋盘式mask相对复杂,也没有什么特别明显的提升,所以在Glow中已经被抛弃。
不过想想就会发现有问题。一般的图像通道轴就只有三维,像MNIST这种灰度图还只有一维,怎么分割成两半?又怎么随机打乱?为了解决这个问题,RealNVP引入了称为squeeze的操作,来让通道轴具有更高的维度。其思想很简单:直接reshape,但reshape时局部地进行。具体来说,假设原来图像为$h\times w\times c$大小,前两个轴是空间维度,然后沿着空间维度分为一个个$2\times 2\times c$的块(这个2可以自定义),然后将每个块直接reshape为$1\times 1\times 4c$,也就是说最后变成了$h/2 \times w/2 \times 4c$。
有了squeeze这个操作,我们就可以增加通道轴的维数,但依然保留局部相关性,从而我们前面说的所有事情都可以进行下去了,所以squeeze成为flow模型在图像应用中的必备操作。
多尺度结构 #
除了成功地引入卷积层外,RealNVP的另一重要进展是加入了多尺度结构。跟卷积层一样,这也是一个既减少了模型复杂度、又提升了结果的策略。
多尺度结构其实并不复杂,如图所示。原始输入经过第一步flow运算(“flow运算”指的是多个仿射耦合层的复合)后,输出跟输入的大小一样,这时候将输入对半分开两半$\boldsymbol{z}_1,\boldsymbol{z}_2$(自然也是沿着通道轴),其中$\boldsymbol{z}_1$直接输出,而只将$\boldsymbol{z}_2$送入到下一步flow运算,后面的依此类推。比如图中的特例,最终的输出由$\boldsymbol{z}_1,\boldsymbol{z}_3,\boldsymbol{z}_5$组成,总大小跟输入一样。
多尺度结构有点“分形”的味道,原论文说它启发于VGG。每一步的多尺度操作直接将数据尺寸减少到原来的一半,显然是非常可观的。但有一个很重要的细节,在RealNVP和Glow的论文中都没有提到,我是看了源码才明白的,那就是最终的输出$[\boldsymbol{z}_1,\boldsymbol{z}_3,\boldsymbol{z}_5]$的先验分布应该怎么取?按照flow模型的通用假设,直接设为一个标准正态分布?
事实上,作为不同位置的多尺度输出,$\boldsymbol{z}_1,\boldsymbol{z}_3,\boldsymbol{z}_5$的地位是不对等的,而如果直接设一个总体的标准正态分布,那就是强行将它们对等起来,这是不合理的。最好的方案,应该是写出条件概率公式
$$p(\boldsymbol{z}_1,\boldsymbol{z}_3,\boldsymbol{z}_5)=p(\boldsymbol{z}_1|\boldsymbol{z}_3,\boldsymbol{z}_5)p(\boldsymbol{z}_3|\boldsymbol{z}_5)p(\boldsymbol{z}_5)\tag{3}$$
由于$\boldsymbol{z}_3,\boldsymbol{z}_5$是由$\boldsymbol{z}_2$完全决定的,$\boldsymbol{z}_5$也是由$\boldsymbol{z}_4$完全决定的,因此条件部分可以改为
$$p(\boldsymbol{z}_1,\boldsymbol{z}_3,\boldsymbol{z}_5)=p(\boldsymbol{z}_1|\boldsymbol{z}_2)p(\boldsymbol{z}_3|\boldsymbol{z}_4)p(\boldsymbol{z}_5)\tag{4}$$
RealNVP和Glow假设右端三个概率分布都是正态分布,其中$p(\boldsymbol{z}_1|\boldsymbol{z}_2)$的均值方差由$\boldsymbol{z}_2$算出来(可以直接通过卷积运算,这有点像VAE),$p(\boldsymbol{z}_3|\boldsymbol{z}_4)$的均值方差由$\boldsymbol{z}_4$算出来,$p(\boldsymbol{z}_5)$的均值方差直接学习出来。
显然这样的假设会比简单认为它们都是标准正态分布要有效得多。我们还可以换一种表述方法:上述的先验假设相当于做了如下的变量代换
$$\boldsymbol{\hat{z}}_1=\frac{\boldsymbol{z}_1 - \boldsymbol{\mu}(\boldsymbol{z}_2)}{\boldsymbol{\sigma}(\boldsymbol{z}_2)},\quad \boldsymbol{\hat{z}}_3=\frac{\boldsymbol{z}_3 - \boldsymbol{\mu}(\boldsymbol{z}_4)}{\boldsymbol{\sigma}(\boldsymbol{z}_4)},\quad \boldsymbol{\hat{z}}_5=\frac{\boldsymbol{z}_5 - \boldsymbol{\mu}}{\boldsymbol{\sigma}}\tag{5}$$
然后认为$[\boldsymbol{\hat{z}}_1,\boldsymbol{\hat{z}}_3,\boldsymbol{\hat{z}}_5]$服从标准正态分布。同NICE的尺度变换层一样,这三个变换都会导致一个非1的雅可比行列式,也就是要往loss中加入形如$\sum\limits_{i=1}^D\log \boldsymbol{\sigma}_i$的这一项。
咋看之下多尺度结构就是为了降低运算量,但并不是那么简单。由于flow模型的可逆性,输入输出维度一样,事实上这会存在非常严重的维度浪费问题,这往往要求我们需要用足够复杂的网络去缓解这个维度浪费。多尺度结构相当于抛弃了$p(\boldsymbol{z})$是标准正态分布的直接假设,而采用了一个组合式的条件分布,这样尽管输入输出的总维度依然一样,但是不同层次的输出地位已经不对等了,模型可以通过控制每个条件分布的方差来抑制维度浪费问题(极端情况下,方差为0,那么高斯分布坍缩为狄拉克分布,维度就降低1),条件分布相比于独立分布具有更大的灵活性。而如果单纯从loss的角度看,多尺度结构为模型提供了一个强有力的正则项(相当于多层图像分类模型中的多条直连边)。
Glow #
整体来看,Glow模型在RealNVP的基础上引入了1x1可逆卷积来代替前面说的打乱通道轴的操作,并且对RealNVP的原始模型做了简化和规范,使得它更易于理解和使用。
Glow论文:https://papers.cool/arxiv/1807.03039
Glow博客:https://blog.openai.com/glow/
Glow源码:https://github.com/openai/glow
可逆1x1卷积 #
这部分介绍Glow的主要改进工作:可逆1x1卷积。
置换矩阵 #
可逆1x1卷积源于我们对置换操作的一般化。我们知道,在flow模型中,一步很重要的操作就是将各个维度重新排列,NICE是简单反转,而RealNVP则是随机打乱。不管是哪一种,都对应着向量的置换操作。
事实上,对向量的置换操作,可以用矩阵乘法来描述,比如原来向量是$[1, 2, 3, 4]$,分别交换第一、二和第三、四两个数,得到$[2, 1, 4, 3]$,这个操作可以用矩阵乘法来描述:
$$\begin{pmatrix}2 \\ 1 \\ 4 \\ 3\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}0 & 1 & 0 & 0\\ 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 1 & 0\end{pmatrix} \begin{pmatrix}1 \\ 2 \\ 3 \\ 4\end{pmatrix}\tag{6}$$
其中右端第一项是“由单位矩阵不断交换两行或两列最终得到的矩阵”,称为置换矩阵。
一般化置换 #
既然这样,那很自然的想法就是:为什么不将置换矩阵换成一般的可训练的参数矩阵呢?所谓1x1可逆卷积,就是这个想法的结果。
注意,我们一开始提出flow模型的思路时就已经明确指出,flow模型中的变换要满足两个条件:一是可逆,二是雅可比行列式容易计算。如果直接写出变换
$$\boldsymbol{h}=\boldsymbol{x}\boldsymbol{W}\tag{7}$$
那么它就只是一个普通的没有bias的全连接层,并不能保证满足这两个条件。为此,我们要做一些准备工作。首先,我们让$\boldsymbol{h}$和$\boldsymbol{x}$的维度一样,也就是说$\boldsymbol{W}$是一个方阵,这是最基本的设置;其次,由于这只是一个线性变换,因此它的雅可比矩阵就是$\left[\frac{\partial \boldsymbol{h}}{\partial \boldsymbol{x}} \right]=\boldsymbol{W}$,所以它的行列式就是$\det \boldsymbol{W}$,因此我们需要把$-\log |\det \boldsymbol{W}|$这一项加入到loss中;最后,初始化时为了保证$\boldsymbol{W}$的可逆性,一般使用“随机正交矩阵”初始化。
利用LU分解 #
以上做法只是一个很基本的解决方案,我们知道,算矩阵的行列式运算量特别大,还容易溢出。而Glow给出了一个非常巧妙的解决方案:LU分解的逆运用。具体来说,是因为任意矩阵都可以分解为
$$\boldsymbol{W}=\boldsymbol{P}\boldsymbol{L}\boldsymbol{U}\tag{8}$$
其中$\boldsymbol{P}$是一个置换矩阵,也就是前面说的shuffle的等价矩阵;$\boldsymbol{L}$是一个下三角阵,对角线元素全为1;$\boldsymbol{U}$是一个上三角阵。这种形式的分解称为LU分解。如果知道这种矩阵的表达形式,显然求雅可比行列式是很容易的,它等于
$$\log |\det \boldsymbol{W}| = \sum \log|\text{diag}(\boldsymbol{U})|\tag{9}$$
也就是$\boldsymbol{U}$的对角线元素的绝对值对数之和。既然任意矩阵都可以分解成$(8)$式,我们何不直接设$\boldsymbol{W}$的形式为$(8)$式?这样一来矩阵乘法计算量并没有明显提升,但求行列式的计算量大大降低,而且计算起来也更为容易。这就是Glow中给出的技巧:先随机生成一个正交矩阵,然后做LU分解,得到$\boldsymbol{P},\boldsymbol{L},\boldsymbol{U}$,固定$\boldsymbol{P}$,也固定$\boldsymbol{U}$的对角线的正负号,然后约束$\boldsymbol{L}$为对角线全1的下三角阵,$\boldsymbol{U}$为上三角阵,优化训练$\boldsymbol{L},\boldsymbol{U}$的其余参数。
结果分析 #
上面的描述只是基于全连接的。如果用到图像中,那么就要在每个通道向量上施行同样的运算,这等价于1x1的卷积,这就是所谓的可逆1x1卷积的来源。事实上我觉得这个名字起得不大好,它本质上就是共享权重的、可逆的全连接层,单说1x1卷积,就把它局限在图像中了,不够一般化。
Glow的论文做了对比实验,表明相比于直接反转,shuffle能达到更低的loss,而相比shuffle,可逆1x1卷积能达到更低的loss。我自己的实验也表明了这一点。
不过要指出的是:可逆1x1卷积虽然能降低loss,但是有一些要注意的问题。第一,loss的降低不代表生成质量的提高,比如A模型用了shuffle,训练200个epoch训练到loss=-50000,B模型用了可逆卷积,训练150个epoch就训练到loss=-55000,那么通常来说在当前情况下B模型的效果还不如A(假设两者都还没有达到最优)。事实上可逆1x1卷积只能保证大家都训练到最优的情况下,B模型会更优。第二,在我自己的简单实验中貌似发现,用可逆1x1卷积达到饱和所需要的epoch数,要远多于简单用shuffle的epoch数。
Actnorm #
RealNVP中用到了BN层,而Glow中提出了名为Actnorm的层来取代BN。不过,所谓Actnorm层事实上只不过是NICE中的尺度变换层的一般化,也就是$(5)$式提到的缩放平移变换
$$\boldsymbol{\hat{z}}=\frac{\boldsymbol{z} - \boldsymbol{\mu}}{\boldsymbol{\sigma}}\tag{10}$$
其中$\boldsymbol{\mu},\boldsymbol{\sigma}$都是训练参数。Glow在论文中提出的创新点是用初始的batch的均值和方差去初始化$\boldsymbol{\mu},\boldsymbol{\sigma}$这两个参数,但事实上所提供的源码并没有做到这一点,纯粹是零初始化。
所以,这一点是需要批评的,纯粹将旧概念换了个新名字罢了。当然,批评的是OpenAI在Glow中乱造新概念,而不是这个层的效果。缩放平移的加入,确实有助于更好地训练模型。而且,由于Actnorm的存在,仿射耦合层的尺度变换已经显得不那么重要了。我们看到,相比于加性耦合层,仿射耦合层多了一个尺度变换层,从而计算量翻了一倍。但事实上相比加性耦合,仿射耦合效果的提升并不高(尤其是加入了Actnorm后),所以要训练大型的模型,为了节省资源,一般都只用加性耦合,比如Glow训练256x256的高清人脸生成模型,就只用到了加性耦合。
源码分析 #
事实上Glow已经没有什么可以特别解读的了。但是Glow整体的模型比较规范,我们可以逐步分解一下Glow的模型结构,为我们自己搭建类似的模型提供参考。这部分内容源自我对Glow源码的阅读,主要以示意图的方式给出。
模型总图 #
整体来看,glow模型并不复杂,就是在输入加入一定量的噪声,然后输入到一个encoder中,最终用“输出的平均平方和”作为损失函数(可以将模型中产生的对数雅可比行列式视为正则项),注意,loss不是“平方平均误差(MSE)”,而仅仅是输出的平方和,也就是不用减去输入。
encoder #
下面对总图中的encoder进行分解,大概流程为
encoder由$L$个模块组成,这些模块在源码中被命名为revnet,每个模块的作用是对输入进行运算,然后将输出对半分为两份,一部分传入下一个模块,一部分直接输出,这就是前面说的多尺度结构。Glow源码中默认$L=3$,但对于256x256的人脸生成则用到$L=6$。
revnet #
现在来进一步拆解encoder,其中revnet部分为
其实它就是前面所说的单步flow运算,在输入之前进行尺度变换,然后打乱轴,并且进行分割,接着输入到耦合层中。如此训练$K$次,这里的$K$称为“深度”,Glow中默认是32。其中actnorm和仿射耦合层会带来非1的雅可比行列式,也就是会改动loss,在图上也已注明。
split2d #
Glow中的定义的split2d不是简单的分割,而是混合了对分割后的变换运算,也就是前面所提到的多尺度输出的先验分布选择。
对比$(5)$和$(10)$,我们可以发现条件先验分布与Actnorm的区别仅仅是缩放平移量的来源,Actnorm的缩放平移参数是直接优化而来,而先验分布这里的缩放平移量是由另一部分通过某个模型计算而来,事实上我们可以认为这种一种条件式Actnorm(Cond Actnorm)。
f #
最后是Glow中的耦合层的模型(放射耦合层的$\boldsymbol{s},\boldsymbol{t}$),源码中直接命名为f,它用了三层relu卷积:
其中最后一层使用零初始化,这样就使得初始状态下输入输出一样,即初始状态为一个恒等变换,这有利于训练深层网络
复现 #
可以看到RealNVP其实已经做好了大部分工作,而Glow在RealNVP的基础上进行去芜存菁,并加入了自己的一些小修改(1x1可逆卷积)和规范。但不管怎么样,这是一个值得研究的模型。
Keras版本 #
官方开源的Glow是tensorflow版的。这么有意思的模型,怎么能少得了Keras版呢,先奉上笔者实现的Keras版:
https://github.com/bojone/flow/blob/master/glow.py
(已经pull request到Keras官方的examples,希望过几天能在Keras的github上看到它)
由于某些函数的限制,目前只支持tensorflow后端,我的测试环境包括:Keras 2.1.5 + tensorflow 1.2 和 Keras 2.2.0 + tensorflow 1.8,均在Python 2.7下测试。
效果测试 #
刚开始读到Glow时,我感到很兴奋,仿佛像发现了新大陆一样。经过一番学习后,我发现......Glow确实是一块新大陆,然而却非我等平民能轻松登上的。
让我们来看Glow的github上的两个issue:
《How many epochs will be take when training celeba?》
The samples we show in the paper are after about 4000 training epochs...《anyone reproduced the celeba-HQ results in the paper》
Yes we trained with 40 GPU's for about a week, but samples did start to look good after a couple of days...
我们看到256x256的高清人脸图像生成,需要训练4000个epoch,用40个GPU训练了一周,简单理解就是用1个GPU训练一年...(卒)
好吧,我还是放弃这可望而不可及的任务吧,我们还是简简单单玩个64x64,不,还是32x32的人脸生成,做个demo出来就是了。
感觉还可以吧,我用的是$L=3,K=6$,每个epoch要70s左右(GTX1070)。跑了150个epoch,这里的epoch跟通常概念的epoch不一样,我这里的一个epoch就是随机抽取的3.2万个样本,如果每次跑完完整的epoch,那么用时更久...同样的模型,顺手也跑了一下cifar10,跑了700个epoch,不过效果不大好。就是远看似乎还可以,近看啥都不是的那种~
当然,其实cifar10虽然不大(32x32),但事实上生成cifar10可比生成人脸难多了(不管是哪种生成模型),我们就跳过吧。话说64x64的人脸,我也作死地尝试了一下,这时候用了$L=3,K=10$,跑了200个epoch(这时候每个epoch要6分钟了)。结果...
人脸是人脸了,不过看上去更像妖魔脸...(看来网络深度和epoch数都还不够,我也跑不下去了)。
退火参数也是比较重要的,将退火参数改为0.8后,同样的模型生成结果为
还有点扭曲,不过看起来好很多了。
艰难结束 #
好了,对RealNVP和Glow的介绍终于可以结束了。本着对Glow的兴趣,利用前后两篇文章把三个flow模型都捋了一遍,希望对读者有帮助。
总体来看,诸如Glow的flow模型整体确实很优美,但运算量还是偏大了,训练时间过长,不像一般的GAN那么友好。个人认为flow模型要在当前以GAN为主的生成模型领域中站稳脚步,还有比较长的路子要走,可谓任重而道远呀。
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@online{kexuefm-5807,
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author={苏剑林},
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August 27th, 2018
写地好细致啊!!!不过想请问一下,“而 RealNVP 发现,通过随机的方式将向量打乱,可以使信息混合得更加充分,最终的 loss 可以更低”这个在 RealNVP原论文中是不是没有提到?或者提到了是在什么地方提到的,我好像没有看见。。谢谢。
从源码中发现,或者从glow论文中发现...(说实话我觉得RealNVP和glow两篇论文都写得不够好....)
August 28th, 2018
您好,博主,我最近刚开始学习NLP,现在有个业务,就是有很多的CC和用户的微信聊天记录,需求是根据一些关键词对这些聊天记录打上相应的标签(标签也是定好的),我现在没有好的解决方法,能帮我分析一下吗
没有训练数据的话,只能具体问题具体分析,我也说不准~
研究下实体识别吧
September 1st, 2018
博主,请教一个问题, Conv2D的w和b都初始化为0,那么输出不就变为零了吗?
注意$(1)$式,Conv2D是用来拟合$\log \boldsymbol{s}$和$\boldsymbol{t}$的,因此初始化为0意味着$\boldsymbol{s}=1,\boldsymbol{t}=0$,意味着初始化为一个恒等变换,而不是0。此外,这仅仅是初始化,后面会训练更新权重。
谢谢博主, 明白了,代码里用的是sigmoid,不是exp,但他在sigmoid里面加了个2,大约算了一下,s = 0.88...
还有博主,代码里的n_bins, n_bits_x啥含义? 搞半天没明白。。。
默认n_bins=8,n_bits_x=256,也就是说这是256色的图像,仅此而已。
我不喜欢用sigmoid,用sigmoid意味着一定是压缩变换了,不优美。
September 1st, 2018
Ok, 再次感谢博主!
September 4th, 2018
博主您好,请问如果把Glow用在nlp问题中,与VAE和GAN相比,会有什么优势或劣势吗?
不知道怎么用到NLP
September 5th, 2018
博主, 关于多尺度结构,代码里和博主讲的有点不一样, 按照可逆这个原则,输入输出尺度应该一样,博主这边是对的,但代码里只拼接(level - 1)层, 最后一层没有拼接, 反而直接返回了,输入了x, 只输出z5,博主有主意到吗? 还有一个小问题,先验分布计算det的时候直接sum(log(sigma))就可以吧, 为啥还要带入正太分布计算概率值呢?
你说的是官方的代码还是我的代码?
如果是官方的,是不是这里?
https://github.com/openai/glow/blob/master/model.py#L91
这里它返回了z和eps,这两个合起来不就跟输入维度一样了吗?反正各自的log det都已经算进到loss里边了,合不合并只是个形式。
麻烦你指出哪里的代码,第几行,我这样猜着挺难交流的,谢谢~
不好意思啊,官方的代码, model.py 从#Line88到#Line91这里,因为我看到得到的z在下面prior中还在用,所以疑惑了。。 还有博主split2函数中的#Line552 objective的计算没看明白,能解释一下吗?
z在用,是因为它还没有加入到loss,而其余部分(eps)都已经加入到loss了。
552行在本文的$(5)$式及其下方说明应该都讲清楚了
嗯。 想明白了,作者大神也!
November 6th, 2018
多尺度结构那里真的很容易让人联想到离散小波变换里的多分辨率分析(MRA)和金字塔分解.我对VGG降低尺寸的印象只有池化操作了,反而没办法把这个多尺度结构和VGG联系起来.
VGG的特点是将很多层级的feature都拼接在一起,作为最后的分类特征。作者应该是类比这一点,而不是类比它的池化~
December 5th, 2018
博主你好,我在看Glow论文中的源码的时候发现其loss不仅是由生成潜变量z的似然函数构成,还利用了标签来构建loss的一部分,请教下这个是啥原理?
就是类似cgan、cvae这样的条件生成呀,条件最大似然。
好的,谢谢博主!
December 7th, 2018
博主您好,看了您几篇博文,收获良多。我想问一下flow能像gan那样训练吗,比如我在标准正态分布里采样,然后丢进一个基于流模型的生成器,判别器和普通gan一样。这样似乎不用考虑雅可比矩阵?但是这样只能拟合可逆的映射,那么理论上来讲是否可能存在从正态分布到数据分布不存在可逆映射的情况呢?
“flow能像gan那样训练”是图什么呢?
众所周知,flow的模型很庞大,但是胜在可逆,可以直接最大似然,所以训练起来非常稳定。
如果“flow能像gan那样训练”,flow的模型如此庞大,对应的gan必然极难训练;就算能成,这样的gan价值何在呢?是为了同时得到encoder和decoder?
不过确实有人做过这样的尝试,你可以看看《Training Generative Reversible Networks
》一文:https://arxiv.org/abs/1806.01610
December 7th, 2018
谢谢博主解答。就应用而言,我是这样想的:对于一些风格转换的任务,假如基于流的生成器的拟合能力足够,生成器的输入可以不是高斯分布而是从一个风格的图像中采样,再拿去和另一个风格的图像判别,而如果生成器可逆就能最大的限度的保留原始图像的信息量,比如x是图像而y是特征,那么I(x;y)=I(g(x);y) 当且仅当g可逆。不知这样的可逆g表达能力是否足够?
完全可逆的网络做风格迁移不一定容易训练,而且因为风格迁移本来就应该是信息有损的任务,如果信息无损,可能还得斟酌一下。理论上你想保留多一点原始信息量,普通的gan中$z$的维度弄大一点就行。