Cho Y, Saul L K. Kernel Methods for Deep Learning[C]. neural information processing systems, 2009: 342-350.

@article{cho2009kernel,

title={Kernel Methods for Deep Learning},

author={Cho, Youngmin and Saul, Lawrence K},

pages={342--350},

year={2009}}

这篇文章介绍了一种新的核函数, 其启发来自于神经网络的运算.



其中\(\Theta(z)=\frac{1}{2}(1+\mathrm{sign}(z))\).

主要内容

主要性质, 公式(1)可以表示成:

\[k_n(\mathbf{x}, \mathbf{y}) = \frac{1}{\pi} \|\mathbf{x}\|^n\|\mathbf{y}\|^n J_n(\theta).
\tag{2}
\]

其中:

\[J_n(\theta) = (-1)^n (\sin \theta)^{2n+1} (\frac{1}{\sin \theta} \frac{\partial}{\partial \theta})^n(\frac{\pi-\theta}{\sin \theta}).
\tag{3}
\]
\[\theta = \cos^{-1} (\frac{\mathbf{x}\cdot \mathbf{y}}{\|\mathbf{x}\| \|\mathbf{y}\|}).
\tag{4}
\]

特别的:

其证明如下:



第(17)的证明我没有推, 因为 contour integration 暂时不了解.

细心的读者可能会发现, 最后的结果是\(\frac{\partial^n}{\partial(\cos \theta)^n}\), 注意对于一个函数\(f(\cos \theta)\), 我们可以令\(g(\theta) = f(\cos \theta)\)则:

\[\frac{\partial f}{\partial \cos \theta} = \frac{\partial{g}}{\partial \theta} \frac{\partial\theta}{\partial \cos \theta},
\]

\[\mathrm{d}\cos \theta =-\sin \theta \mathrm{d} \theta.
\]

便得结论.

与深度学习的联系

如果我们把注意力集中在某一层, 假设输入为\(\mathbf{x}\), 输出为:

\[\mathbf{f}(\mathbf{x}) = g(W\mathbf{x}) \in \mathbb{R}^m,
\]

其中\(g(z) = \Theta(z) z^n\)是激活函数, 不同的n有如下的表现:



\(n=1\)便是我们熟悉的ReLU.

考虑俩个输入\(\mathbf{x},\mathbf{y}\)所对应的输出\(\mathbf{f}(\mathbf{x}),\mathbf{f}(\mathbf{y})\)的内积:

\[\mathbf{f}(\mathbf{x}) \cdot \mathbf{f}(\mathbf{y}) = \sum_{i=1}^m \Theta(\mathbf{w}_i \cdot \mathbf{x}) \Theta(\mathbf{w}_i \cdot \mathbf{y}) (\mathbf{w}_i \cdot \mathbf{x})^n (\mathbf{w}_i \cdot \mathbf{y})^n
\]

如果每个权重\(W_{ij}\)都服从标准正态分布, 则:

\[\lim_{m \rightarrow \infty} \frac{2}{m} \mathbf{f} (\mathbf{x}) \cdot \mathbf{f}(\mathbf{x}) = k_n(\mathbf{x}, \mathbf{y}).
\]

实验

实验失败了, 代码如下.

import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.svm import NuSVC
"""
Arc_cosine kernel
"""
class Arc_cosine: def __init__(self, n=1):
self.n = n
self.own_kernel = self.kernels(n) def kernel0(self, x, y):
norm_x = np.linalg.norm(x)
norm_y = np.linalg.norm(y)
cos_value = x @ y / (norm_x *
norm_y)
angle = np.arccos(cos_value)
return 1 - angle / np.pi def kernel1(self, x, y):
norm_x = np.linalg.norm(x)
norm_y = np.linalg.norm(y)
cos_value = x @ y / (norm_x *
norm_y)
angle = np.arccos(cos_value)
sin_value = np.sin(angle)
return (norm_x * norm_y) ** self.n * \
(sin_value + (np.pi - angle) *
cos_value) / np.pi def kernel2(self, x, y):
norm_x = np.linalg.norm(x)
norm_y = np.linalg.norm(y)
cos_value = x @ y / (norm_x *
norm_y)
angle = np.arccos(cos_value)
sin_value = np.sin(angle)
return (norm_x * norm_y) ** self.n * \
3 * sin_value * cos_value + \
(np.pi - angle) * (1 + 2 * cos_value ** 2) def kernels(self, n):
if n is 0:
return self.kernel0
elif n is 1:
return self.kernel1
elif n is 2:
return self.kernel2
else:
raise ValueError("No such kernel, n should be "
"0, 1 or 2") def kernel(self, X, Y):
m = X.shape[0]
n = Y.shape[0]
C = np.zeros((m, n))
for i in range(m):
for j in range(n):
C[i, j] = self.own_kernel(
X[i], Y[j]
)
return C def __call__(self, X, Y):
return self.kernel(X, Y)

在俩个数据上进行SVM, 数据如下:





在SVM上跑:

'''
#生成圈圈数据
def generate_data(circle, r1, r2, nums=300):
variance = 1
rs1 = np.random.randn(nums) * variance + r1
rs2 = np.random.randn(nums) * variance + r2
angles = np.linspace(0, 2*np.pi, nums)
data1 = (rs1 * np.sin(angles) + circle[0],
rs1 * np.cos(angles) + circle[1])
data2 = (rs2 * np.sin(angles) + circle[0],
rs2 * np.cos(angles) + circle[1])
df1 = pd.DataFrame({'x':data1[0], 'y': data1[1],
'label':np.ones(nums)})
df2 = pd.DataFrame({'x':data2[0], 'y': data2[1],
'label':-np.ones(nums)}) return df1, df2
''' #生成十字数据
def generate_data(left, right, down, up,
circle=(0., 0.), nums=300):
variance = 1
y1 = np.random.rand(nums) * variance + circle[1]
x2 = np.random.rand(nums) * variance + circle[0]
x1 = np.linspace(left, right, nums)
y2 = np.linspace(down, up, nums)
df1 = pd.DataFrame(
{'x': x1,
'y': y1,
'label':np.ones_like(x1)}
)
df2 = pd.DataFrame(
{'x': x2,
'y': y2,
'label':-np.ones_like(x2)}
)
return df1, df2 def pre_test(left, right, func, nums=100):
x1, y1 = left
x2, y2 = right
x = np.linspace(x1, x2, nums)
y = np.linspace(y1, y2, nums)
X,Y = np.meshgrid(x,y)
m, n = X.shape
Z = func(np.vstack((X.reshape(1, -1),
Y.reshape(1, -1))).T).reshape(m, n) return X, Y, Z df1, df2 = generate_data(-10, 10, -10, 10)
df = df1.append(df2)
classifer2 = NuSVC(kernel=Arc_cosine(n=1))
classifer2.fit(df.iloc[:, :2], df['label'])
X, Y, Z = pre_test((-10, -10), (10, 10), classifer2.predict)
plt.contourf(X, Y, Z)
plt.show()

预测结果均为:

而在一般的RBF上, 结果都是很好的:

在多项式核上也ok:

如果有人能发现代码中的错误,请务必指正.

Kernel Methods for Deep Learning的更多相关文章

  1. (转) Ensemble Methods for Deep Learning Neural Networks to Reduce Variance and Improve Performance

    Ensemble Methods for Deep Learning Neural Networks to Reduce Variance and Improve Performance 2018-1 ...

  2. 深度学习的集成方法——Ensemble Methods for Deep Learning Neural Networks

    本文主要参考Ensemble Methods for Deep Learning Neural Networks一文. 1. 前言 神经网络具有很高的方差,不易复现出结果,而且模型的结果对初始化参数异 ...

  3. Paper List ABOUT Deep Learning

    Deep Learning 方向的部分 Paper ,自用.一 RNN 1 Recurrent neural network based language model RNN用在语言模型上的开山之作 ...

  4. Deep Learning方向的paper

    转载 http://hi.baidu.com/chb_seaok/item/6307c0d0363170e73cc2cb65 个人阅读的Deep Learning方向的paper整理,分了几部分吧,但 ...

  5. Kernel Functions for Machine Learning Applications

    In recent years, Kernel methods have received major attention, particularly due to the increased pop ...

  6. Deep Learning and the Triumph of Empiricism

    Deep Learning and the Triumph of Empiricism By Zachary Chase Lipton, July 2015 Deep learning is now ...

  7. How To Improve Deep Learning Performance

    如何提高深度学习性能 20 Tips, Tricks and Techniques That You Can Use ToFight Overfitting and Get Better Genera ...

  8. My deep learning reading list

    My deep learning reading list 主要是顺着Bengio的PAMI review的文章找出来的.包括几本综述文章,将近100篇论文,各位山头们的Presentation.全部 ...

  9. Deep Learning关于Vision的Reading List

    最近开始学习深度学习了,加油! 下文转载自:http://blog.sina.com.cn/s/blog_bda0d2f10101fpp4.html 主要是顺着Bengio的PAMI review的文 ...

随机推荐

  1. Vue2全家桶+Element搭建的PC端在线音乐网站

    目录 1,前言 2,已有功能 3,使用 4,目录结构 5,页面效果 登录页 首页 排行榜 歌单列表 歌单详情 歌手列表 歌手详情 MV列表 MV详情 搜索页 播放器 1,前言 项目基于Vue2全家桶及 ...

  2. day9 文件处理

    day09 文件处理 一.注册与登录功能 username = input('请输入您的密码:').strip() password = input('请输入您的密码:').strip() f = o ...

  3. deque、queue和stack深度探索(上)

    deque是可双端扩展的双端队列,蓝色部分就是它的迭代器类,拥有四个指针,第一个cur用来指向当前元素,first指向当前buffer头部,last指向当前buffer尾部,node指向map自己当前 ...

  4. 【分布式】Zookeeper客户端基本的使用

    与mysql.redis等软件一样,zookeeper的软件包中也提供了客户端程序用于对服务器上的数据进行操作.本节我们就来学习zookeeper客户端的使用方法.不过在详细讲解zk客户端的使用方法之 ...

  5. Linux基础命令---dig工具

    dig dig是一个DNS查询工具,多数管理员会使用dig命令来解决DNS的问题. 此命令的适用范围:RedHat.RHEL.Ubuntu.CentOS.Fedora.   1.语法       di ...

  6. oracle 锁查询

    --v$lock中 id1 在锁模式是 TX 时保存的是 实物id 的前2段SELECT * FROM (SELECT s.SID, TRUNC(id1 / power(2, 16)) rbs, bi ...

  7. vue-cli4脚手架搭建二

    vue-cli4脚手架搭建一 vue create vue3 cd vue3 yarn serve http://localhost:8080/#/ main.js文件 import Vue from ...

  8. C++易错小结

    C++ 11 vector 遍历方法小结 方法零,对C念念不舍的童鞋们习惯的写法: void ShowVec(const vector<int>& valList) { int c ...

  9. 【力扣】剑指 Offer 50. 第一个只出现一次的字符

    在字符串 s 中找出第一个只出现一次的字符.如果没有,返回一个单空格. s 只包含小写字母. 示例: s = "abaccdeff"返回 "b" s = &qu ...

  10. 【C/C++】【输入】关于scanf:输入空格,多次使用

    一.C/C++中带空格字符串的输入 C++中的cin和C中的scanf都是遇到空格或回车结束. 如果要让scanf接收空格,可以用读入字符集合的方式.%[] char a[100]; scanf(&q ...