18 Mar

变分自编码器(一):原来是这么一回事

过去虽然没有细看,但印象里一直觉得变分自编码器(Variational Auto-Encoder,VAE)是个好东西。于是趁着最近看概率图模型的三分钟热度,我决定也争取把VAE搞懂。于是乎照样翻了网上很多资料,无一例外发现都很含糊,主要的感觉是公式写了一大通,还是迷迷糊糊的,最后好不容易觉得看懂了,再去看看实现的代码,又感觉实现代码跟理论完全不是一回事啊。

终于,东拼西凑再加上我这段时间对概率模型的一些积累,并反复对比原论文《Auto-Encoding Variational Bayes》,最后我觉得我应该是想明白了。其实真正的VAE,跟很多教程说的的还真不大一样,很多教程写了一大通,都没有把模型的要点写出来~于是写了这篇东西,希望通过下面的文字,能把VAE初步讲清楚。

分布变换

通常我们会拿VAE跟GAN比较,的确,它们两个的目标基本是一致的——希望构建一个从隐变量$Z$生成目标数据$X$的模型,但是实现上有所不同。更准确地讲,它们是假设了$Z$服从某些常见的分布(比如正态分布或均匀分布),然后希望训练一个模型$X=g(Z)$,这个模型能够将原来的概率分布映射到训练集的概率分布,也就是说,它们的目的都是进行分布之间的变换

生成模型的难题就是判断生成分布与真实分布的相似度,因为我们只知道两者的采样结果,不知道它们的分布表达式

生成模型的难题就是判断生成分布与真实分布的相似度,因为我们只知道两者的采样结果,不知道它们的分布表达式

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2 Mar

三味Capsule:矩阵Capsule与EM路由

事实上,在论文《Dynamic Routing Between Capsules》发布不久后,一篇新的Capsule论文《Matrix Capsules with EM Routing》就已经匿名公开了(在ICLR2018的匿名评审中),而如今作者已经公开,他们是Geoffrey Hinton, Sara Sabour, Nicholas Frosst。不出大家意料,作者果然有Hinton。

大家都知道,像Hinton这些“鼻祖级”的人物,发表出来的结果一般都是比较“重磅”的。那么,这篇新论文有什么特色呢?

在笔者的思考过程中,文章《Understanding Matrix capsules with EM Routing 》给了我颇多启示,知乎上各位大神的相关讨论也加速了我的阅读,在此表示感谢。

论文摘要

让我们先来回忆一下上一篇介绍《再来一顿贺岁宴:从K-Means到Capsule》中的那个图

Capsule框架的简明示意图

Capsule框架的简明示意图

这个图表明,Capsule事实上描述了一个建模的框架,这个框架中的东西很多都是可以自定义的,最明显的是聚类算法,可以说“有多少种聚类算法就有多少种动态路由”。那么这次Hinton修改了什么呢?总的来说,这篇新论文有以下几点新东西:

1、原来用向量来表示一个Capsule,现在用矩阵来表示;

2、聚类算法换成了GMM(高斯混合模型);

3、在实验部分,实现了Capsule版的卷积。

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12 Feb

再来一顿贺岁宴:从K-Means到Capsule

在本文中,我们再次对Capsule进行一次分析。

整体上来看,Capsule算法的细节不是很复杂,对照着它的流程把Capsule用框架实现它基本是没问题的。所以,困难的问题是理解Capsule究竟做了什么,以及为什么要这样做,尤其是Dynamic Routing那几步。

为什么我要反复对Capsule进行分析?这并非单纯的“炒冷饭”,而是为了得到对Capsule原理的理解。众所周知,Capsule给人的感觉就是“有太多人为约定的内容”,没有一种“虽然我不懂,但我相信应该就是这样”的直观感受。我希望尽可能将Capsule的来龙去脉思考清楚,使我们能觉得Capsule是一个自然、流畅的模型,甚至对它举一反三。

《揭开迷雾,来一顿美味的Capsule盛宴》中,笔者先分析了动态路由的结果,然后指出输出是输入的某种聚类,这个“从结果到原因”的过程多多少少有些望文生义的猜测成分;这次则反过来,直接确认输出是输入的聚类,然后反推动态路由应该是怎样的,其中含糊的成分大大减少。两篇文章之间有一定的互补作用。

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23 Jan

揭开迷雾,来一顿美味的Capsule盛宴

Geoffrey Hinton在谷歌多伦多办公室

Geoffrey Hinton在谷歌多伦多办公室

由深度学习先驱Hinton开源的Capsule论文《Dynamic Routing Between Capsules》,无疑是去年深度学习界最热点的消息之一。得益于各种媒体的各种吹捧,Capsule被冠以了各种神秘的色彩,诸如“抛弃了梯度下降”、“推倒深度学习重来”等字眼层出不穷,但也有人觉得Capsule不外乎是一个新的炒作概念。

本文试图揭开让人迷惘的云雾,领悟Capsule背后的原理和魅力,品尝这一顿Capsule盛宴。同时,笔者补做了一个自己设计的实验,这个实验能比原论文的实验更有力说明Capsule的确产生效果了

菜谱一览:

1、Capsule是什么?

2、Capsule为什么要这样做?

3、Capsule真的好吗?

4、我觉得Capsule怎样?

5、若干小菜。

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23 Jan

分享一个slide:花式自然语言处理

花式自然语言处理

花式自然语言处理

这是前两天在华南师范大学进行交流的时候所用的slide,主要介绍了自然语言处理的一些技巧。

这个slide的出发点是:国内高校很多搞NLP的小组基本都停留在RNN的思维中,所以我介绍了CNN、Attention的一些内容,并且介绍了模型训练的一些技巧,等等。内容其实比较简短,但考虑到不少概念对于多数同学来说都是新的,因此信息量还是蛮大的。

这也是我第一次尝试用$\LaTeX$来做slide,感觉也没有想象中那么难,做出来的效果还是挺清新明了的,以后要多练习~

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9 Jan

增强typecho的搜索功能

科学空间是使用typecho程序搭建的博客,侧边栏提供了搜索功能,然而typecho内置搜索功能仅仅是基于字符串的全匹配查找,因此导致很多合理的查询都没法得到结果,比如“2018天象”、“新词算法”都没法给出结果,原因就是文章中都不包含这些字符串。

于是就萌生了加强搜索功能的想法,之前也有读者建议过这个事情。这两天搜索了一下,本来计划用Python下的Whoosh库来建立一个全文检索引擎,但感觉整合和后期维护的工作量太大,还是放弃了。后来想到在typecho自身的搜索上加强,在公司同事(大佬)的帮助下,完成了这个改进。

由于是直接修改typecho源文件实现的改进,因此如果typecho升级后就可能被覆盖,因此在这里做个备忘。

探索

通过在Github检索我发现,typecho的搜索功能是在var/Widget/Archive.php中实现的,具体代码大概在1185~1192行:

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6 Jan

《Attention is All You Need》浅读(简介+代码)

2017年中,有两篇类似同时也是笔者非常欣赏的论文,分别是FaceBook的《Convolutional Sequence to Sequence Learning》和Google的《Attention is All You Need》,它们都算是Seq2Seq上的创新,本质上来说,都是抛弃了RNN结构来做Seq2Seq任务。

这篇博文中,笔者对《Attention is All You Need》做一点简单的分析。当然,这两篇论文本身就比较火,因此网上已经有很多解读了(不过很多解读都是直接翻译论文的,鲜有自己的理解),因此这里尽可能多自己的文字,尽量不重复网上各位大佬已经说过的内容。

序列编码

深度学习做NLP的方法,基本上都是先将句子分词,然后每个词转化为对应的词向量序列。这样一来,每个句子都对应的是一个矩阵$\boldsymbol{X}=(\boldsymbol{x}_1,\boldsymbol{x}_2,\dots,\boldsymbol{x}_t)$,其中$\boldsymbol{x}_i$都代表着第$i$个词的词向量(行向量),维度为$d$维,故$\boldsymbol{X}\in \mathbb{R}^{n\times d}$。这样的话,问题就变成了编码这些序列了。

第一个基本的思路是RNN层,RNN的方案很简单,递归式进行:
$$\boldsymbol{y}_t = f(\boldsymbol{y}_{t-1},\boldsymbol{x}_t)$$
不管是已经被广泛使用的LSTM、GRU还是最近的SRU,都并未脱离这个递归框架。RNN结构本身比较简单,也很适合序列建模,但RNN的明显缺点之一就是无法并行,因此速度较慢,这是递归的天然缺陷。另外我个人觉得RNN无法很好地学习到全局的结构信息,因为它本质是一个马尔科夫决策过程

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25 Dec

从loss的硬截断、软化到focal loss

前言

今天在QQ群里的讨论中看到了focal loss,经搜索它是Kaiming大神团队在他们的论文《Focal Loss for Dense Object Detection》提出来的损失函数,利用它改善了图像物体检测的效果。不过我很少做图像任务,不怎么关心图像方面的应用。本质上讲,focal loss就是一个解决分类问题中类别不平衡、分类难度差异的一个loss,总之这个工作一片好评就是了。大家还可以看知乎的讨论:
《如何评价kaiming的Focal Loss for Dense Object Detection?》

看到这个loss,开始感觉很神奇,感觉大有用途。因为在NLP中,也存在大量的类别不平衡的任务。最经典的就是序列标注任务中类别是严重不平衡的,比如在命名实体识别中,显然一句话里边实体是比非实体要少得多,这就是一个类别严重不平衡的情况。我尝试把它用在我的基于序列标注的问答模型中,也有微小提升。嗯,这的确是一个好loss。

接着我再仔细对比了一下,我发现这个loss跟我昨晚构思的一个loss具有异曲同工之理!这就促使我写这篇博文了。我将从我自己的思考角度出发,来分析这个问题,最后得到focal loss,也给出我昨晚得到的类似的loss。

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