3
May
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 | 80125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。
19
Apr
从DCGAN到SELF-MOD：GAN的模型架构发展一览
By 苏剑林 | 2019-04-19 | 69704位读者 | 引用事实上，O-GAN的发现，已经达到了我对GAN的理想追求，使得我可以很惬意地跳出GAN的大坑了。所以现在我会试图探索更多更广的研究方向，比如NLP中还没做过的任务，又比如图神经网络，又或者其他有趣的东西。
不过，在此之前，我想把之前的GAN的学习结果都记录下来。
这篇文章中，我们来梳理一下GAN的架构发展情况，当然主要的是生成器的发展，判别器一直以来的变动都不大。还有，本文介绍的是GAN在图像方面的模型架构发展，跟NLP的SeqGAN没什么关系。
此外，关于GAN的基本科普，本文就不再赘述了。
棋盘效应图示，体现为放大之后出现如国际象棋棋盘一样的交错效应。图片来自文章《Deconvolution and Checkerboard Artifacts》
21
Mar
细水长flow之可逆ResNet：极致的暴力美学
By 苏剑林 | 2019-03-21 | 93197位读者 | 引用今天我们来介绍一个非常“暴力”的模型：可逆ResNet。
为什么一个模型可以可以用“暴力”来形容呢？当然是因为它确实非常暴力：它综合了很多数学技巧，活生生地（在一定约束下）把常规的ResNet模型搞成了可逆的！
标准ResNet与可逆ResNet对比图。可逆ResNet允许信息无损可逆流动，而标准ResNet在某处则存在“坍缩”现象。
模型出自《Invertible Residual Networks》，之前在机器之心也报导过。在这篇文章中，我们来简单欣赏一下它的原理和内容。
可逆模型的点滴
为什么要研究可逆ResNet模型？它有什么好处？以前没有人研究过吗？
可逆的好处
可逆意味着什么？
意味着它是信息无损的，意味着它或许可以用来做更好的分类网络，意味着可以直接用最大似然来做生成模型，而且得益于ResNet强大的能力，意味着它可能有着比之前的Glow模型更好的表现～总而言之，如果一个模型是可逆的，可逆的成本不高而且拟合能力强，那么它就有很广的用途（分类、密度估计和生成任务，等等）。
6
Mar
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 | 207959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。
FFHQ线性插值效果图
26
Feb
非对抗式生成模型GLANN的简单介绍
By 苏剑林 | 2019-02-26 | 57909位读者 | 引用前段时间看到facebook发表了一个非对抗的生成模型GLANN（去年12月挂在arxiv上），号称用非对抗的方式也能生成1024的高清人脸，于是饶有兴致地阅读了一番，确实有点收获，但也有点失望。至于为啥失望，大家阅读下去就明白了。
原论文：《Non-Adversarial Image Synthesis with Generative Latent Nearest Neighbors》
机器之心介绍：《为什么让GAN一家独大？Facebook提出非对抗式生成方法GLANN》
效果图：
GLANN效果图
22
Feb
巧断梯度：单个loss实现GAN模型
By 苏剑林 | 2019-02-22 | 39008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
15
Feb
能量视角下的GAN模型（二）：GAN＝“分析”＋“采样”
By 苏剑林 | 2019-02-15 | 111172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。
30
Jan
能量视角下的GAN模型（一）：GAN＝“挖坑”＋“跳坑”
By 苏剑林 | 2019-01-30 | 77137位读者 | 引用
“看那挖坑的人，有啥不一样～”
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。
本视角直接受启发于Benjio团队的新作《Maximum Entropy Generators for Energy-Based Models》，这篇文章前几天出现在arxiv上。当然，能量模型与GAN的联系由来已久，并不是这篇文章的独创，只不过这篇文章做得仔细和完善一些。另外本文还补充了自己的一些理解和思考上去，力求更为易懂和完整。
作为第一篇文章，我们先来给出一个直白的类比推导：GAN实际上就是一场前仆后继（前挖后跳？）的“挖坑”与“跳坑”之旅～
总的来说，本文的大致内容如下：
1、给出了GAN/WGAN的清晰直观的能量图像；
2、讨论了判别器（能量函数）的训练情况和策略；
3、指出了梯度惩罚一个非常漂亮而直观的能量解释；
4、讨论了GAN中优化器的选择问题。
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