受限玻尔兹曼机(Restricted Boltzmann Machine)

作者:凯鲁嘎吉 - 博客园 http://www.cnblogs.com/kailugaji/

1. 生成模型

2. 参数学习

3. 对比散度学习算法

由于受限玻尔兹曼机的特殊结构,因此可以使用一种比吉布斯采样更有效 的学习算法,即对比散度(Contrastive Divergence)对比散度算法仅需k步吉布斯采样。为了提高效率,对比散度算法用一个训练样本作为可观测向量的初始值。然后,交替对可观测向量和隐藏向量进行吉布斯采样,不需要等到收敛,只需要k步就足够了。这就是CD-k 算法。通常,k = 1就可以学得很好。对比散度的流程如算法12.1所示。

4. MATLAB程序解读

% maxepoch  -- 最大迭代次数maximum number of epochs
% numhid -- 隐含层神经元数number of hidden units
% batchdata -- 分批后的训练数据集the data that is divided into batches (numcases numdims numbatches)
% restart -- 如果从第1层开始学习,就置restart为1set to 1 if learning starts from beginning %作用:训练RBM,利用1步CD算法 直接调用权值迭代公式不使用反向传播
%可见的、二元的、随机的像素通过对称加权连接连接到隐藏的、二元的、随机的特征检测器
epsilonw = 0.1; % Learning rate for weights 权重学习率 alpha
epsilonvb = 0.1; % Learning rate for biases of visible units 可视层偏置学习率 alpha
epsilonhb = 0.1; % Learning rate for biases of hidden units 隐藏层偏置学习率 alpha
weightcost = 0.0002; %权衰减,用于防止出现过拟合
initialmomentum = 0.5; %动量项学习率,用于克服收敛速度和算法的不稳定性之间的矛盾
finalmomentum = 0.9; [numcases numdims numbatches]=size(batchdata);%[numcases numdims numbatches]=[每批中的样本数 每个样本的维数 训练样本批数] if restart ==1 %是否为重新开始即从头训练
restart=0;
epoch=1; % Initializing symmetric weights and biases. 初始化权重和两层偏置
vishid = 0.1*randn(numdims, numhid);% 连接权值Wij 784*1000
hidbiases = zeros(1,numhid);% 隐含层偏置项bi
visbiases = zeros(1,numdims);% 可视化层偏置项aj poshidprobs = zeros(numcases,numhid); %样本数*隐藏层NN数,隐藏层输出p(h1|v0)对应每个样本有一个输出 100*1000
neghidprobs = zeros(numcases,numhid); %重构数据驱动的隐藏层
posprods = zeros(numdims,numhid); % 表示p(h1|v0)*v0,用于更新Wij即<vihj>data 784*1000
negprods = zeros(numdims,numhid); %<vihj>recon
vishidinc = zeros(numdims,numhid); % 权值更新的增量 ΔW
hidbiasinc = zeros(1,numhid); % 隐含层偏置项更新的增量 1*1000 Δb
visbiasinc = zeros(1,numdims); % 可视化层偏置项更新的增量 1*784 Δa
batchposhidprobs=zeros(numcases,numhid,numbatches); % 整个数据隐含层的输出 每批样本数*隐含层维度*批数
end for epoch = epoch:maxepoch %每个迭代周期
fprintf(1,'epoch %d\r',epoch);
errsum=0;
for batch = 1:numbatches %每一批样本
fprintf(1,'epoch %d batch %d\r',epoch,batch);
%%CD-1
%%%%%%%%% START POSITIVE PHASE 正向梯度%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
data = batchdata(:,:,batch); %data里是100个图片数据
poshidprobs = 1./(1 + exp(-data*vishid - repmat(hidbiases,numcases,1))); %隐藏层输出p(h=1|v0)=sigmod函数=1/(1+exp(-wx-b)) 根据这个分布采集一个隐变量h
batchposhidprobs(:,:,batch)=poshidprobs; %将输出存入一个三位数组
posprods = data' * poshidprobs; %p(h|v0)*v0 更新权重时会使用到 计算正向梯度vh'
poshidact = sum(poshidprobs); %隐藏层中神经元概率和,在更新隐藏层偏置时会使用到
posvisact = sum(data); %可视层中神经元概率和,在更新可视层偏置时会使用到
%%%%%%%%% END OF POSITIVE PHASE %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%gibbs采样
poshidstates = poshidprobs > rand(numcases,numhid); %将隐藏层输出01化表示,大于随机概率的置1,小于随机概率的置0,gibbs抽样,设定状态 %%%%%%%%% START NEGATIVE PHASE 反向梯度%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
negdata = 1./(1 + exp(-poshidstates*vishid' - repmat(visbiases,numcases,1))); %01化表示之后算vt=p(vt|ht-1)重构的数据 p(v=1|h)=sigmod(W*h+a) 采集重构的可见变量v'
neghidprobs = 1./(1 + exp(-negdata*vishid - repmat(hidbiases,numcases,1))); %ht=p(h|vt)使用重构数据隐藏层的输出 p(h=1|v)=sigmod(W'*v+b) 采样一个h'
negprods = negdata'*neghidprobs; %计算反向梯度v'h';
neghidact = sum(neghidprobs);
negvisact = sum(negdata);
%%%%%%%%% END OF NEGATIVE PHASE %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%更新参数
err= sum(sum( (data-negdata).^2 )); %整批数据的误差 ||v-v'||^2
errsum = err + errsum; if epoch>5 %迭代次数不同调整冲量
momentum=finalmomentum;
else
momentum=initialmomentum;
end %%%%%%%%% UPDATE WEIGHTS AND BIASES 更新权重和偏置%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
vishidinc = momentum*vishidinc + ...
epsilonw*( (posprods-negprods)/numcases - weightcost*vishid); %权重的增量 ΔW=alpha*(vh'-v'h')
visbiasinc = momentum*visbiasinc + (epsilonvb/numcases)*(posvisact-negvisact); %可视层增量 Δa=alpha*(v-v')
hidbiasinc = momentum*hidbiasinc + (epsilonhb/numcases)*(poshidact-neghidact); %隐含层增量 Δb=alpha*(h-h') vishid = vishid + vishidinc; %a=a+Δa
visbiases = visbiases + visbiasinc; %W=W+ΔW
hidbiases = hidbiases + hidbiasinc; %b=b+Δb
%%%%%%%%%%%%%%%% END OF UPDATES %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% end
fprintf(1, 'epoch %4i error %6.1f \n', epoch, errsum);
end

5. 玻尔兹曼机与受限玻尔兹曼机

6. 参考文献

[1] 邱锡鹏, 神经网络与深度学习[M]. 2019.

[2] Salakhutdinov R, Hinton G. Deep boltzmann machines[C]//Artificial intelligence and statistics. 2009: 448-455.

[3] Hinton, Training a deep autoencoder or a classifieron MNIST digits. 2006.

[4] Hinton G E. Training products of experts by minimizing contrastive divergence[J]. Neural computation, 2002, 14(8): 1771-1800.

[5] Hinton G E. A practical guide to training restricted Boltzmann machines[M]//Neural networks: Tricks of the trade. Springer, Berlin, Heidelberg, 2012: 599-619.

[6] 深度学习 --- 受限玻尔兹曼机详解(RBM)

[7] 受限玻尔兹曼机(RBM)学习笔记(六)对比散度算法

[8] Deep Learning(深度学习)学习笔记整理系列之(四)

[9] Restricted Boltzmann Machines (RBM)

受限玻尔兹曼机(Restricted Boltzmann Machine)的更多相关文章

  1. 受限玻尔兹曼机(Restricted Boltzmann Machine, RBM) 简介

    受限玻尔兹曼机(Restricted Boltzmann Machine,简称RBM)是由Hinton和Sejnowski于1986年提出的一种生成式随机神经网络(generative stochas ...

  2. 机器学习理论基础学习19---受限玻尔兹曼机(Restricted Boltzmann Machine)

    一.背景介绍 玻尔兹曼机 = 马尔科夫随机场 + 隐结点 二.RBM的Representation BM存在问题:inference 精确:untractable: 近似:计算量太大 因此为了使计算简 ...

  3. 受限玻尔兹曼机(Restricted Boltzmann Machine,RBM)

    这篇写的主要是翻译网上一篇关于受限玻尔兹曼机的tutorial,看了那篇博文之后感觉算法方面讲的很清楚,自己收获很大,这里写下来作为学习之用. 原文网址为:http://imonad.com/rbm/ ...

  4. 限制玻尔兹曼机(Restricted Boltzmann Machine)RBM

    假设有一个二部图,每一层的节点之间没有连接,一层是可视层,即输入数据是(v),一层是隐藏层(h),如果假设所有的节点都是随机二值变量节点(只能取0或者1值)同时假设全概率分布满足Boltzmann 分 ...

  5. 限制Boltzmann机(Restricted Boltzmann Machine)

    起源:Boltzmann神经网络 Boltzmann神经网络的结构是由Hopfield递归神经网络改良过来的,Hopfield中引入了统计物理学的能量函数的概念. 即,cost函数由统计物理学的能量函 ...

  6. RBM:深度学习之Restricted Boltzmann Machine的BRBM学习+LR分类—Jason niu

    from __future__ import print_function print(__doc__) import numpy as np import matplotlib.pyplot as ...

  7. Boltzmann Machine 玻尔兹曼机入门

    Generative Models 生成模型帮助我们生成新的item,而不只是存储和提取之前的item.Boltzmann Machine就是Generative Models的一种. Boltzma ...

  8. 受限波兹曼机导论Introduction to Restricted Boltzmann Machines

    Suppose you ask a bunch of users to rate a set of movies on a 0-100 scale. In classical factor analy ...

  9. 受限玻尔兹曼机(RBM)原理总结

    在前面我们讲到了深度学习的两类神经网络模型的原理,第一类是前向的神经网络,即DNN和CNN.第二类是有反馈的神经网络,即RNN和LSTM.今天我们就总结下深度学习里的第三类神经网络模型:玻尔兹曼机.主 ...

随机推荐

  1. 7. java 数组概念

    一.数组概念 ​ 数组:是一种容器,可以同时存放多个数据值: ​ 特点:数组是一种引用类型:数组中多个数据,类型必须统一:数组的长度在程序运行期间不可改变: 二.数组初始化 1. 动态初始化(指定长度 ...

  2. poj 2456 Aggressive cows 二分 题解《挑战程序设计竞赛》

    地址 http://poj.org/problem?id=2456 解法 使用二分逐个尝试间隔距离 能否满足要求 检验是否满足要求的函数 使用的思想是贪心 第一个点放一头牛 后面大于等于尝试的距离才放 ...

  3. 算法问题实战策略 PICNIC

    下面是另一道搜索题目的解答过程题目是<算法问题实战策略>中的一题oj地址是韩国网站 连接比较慢 https://algospot.com/judge/problem/read/PICNIC ...

  4. win10系统使用Telnet命令时提示“telnet不是内部或外部命令”

    in10系统使用Telnet命令时提示“telnet不是内部或外部命令”问题的处理方案 win10系统使用的过程中很多用户会遇到使用Telnet命令时提示“telnet不是内部或外部命令”的问题,这样 ...

  5. Paper | Adaptive Computation Time for Recurrent Neural Networks

    目录 1. 网络资源 2. 简介 3. 自适应运算时间 3.1 有限运算时间 3.2 误差梯度 1. 网络资源 这篇文章的写作太随意了,读起来不是很好懂(掺杂了过多的技术细节).因此有作者介绍会更好. ...

  6. IT兄弟连 Java语法教程 流程控制语句 经典案例

    使用continue忽略本次循环剩下的语句 continue的功能和break有点类似,区别是continue只是忽略本次循环剩下的语句,接着开始下一次循环,并不会终止循环:而break则是完全终止循 ...

  7. Idea查看接口或类继承关系

    打开想要查看的接口或者类文件,使用快捷键CTRL+H调出Hierarchy窗口 比如,想要查看Exception的类继承关系,首先定位到这个文件,然后调出Hierarchy窗口. 该窗口上面的一排工具 ...

  8. PHP 源码学习 | 变量类型数据结构

    前段时间因为项目需要,研究了一下在 Windows 系统下进行 PHP 扩展的开发,对于 PHP 扩展的开发并不是一件容易的事情(话又说回来了,会者不难,难者不会,关键是自己不会).我当时的需求,主要 ...

  9. ES6入门 阮一峰

    ECMAScript 6 入门 http://es6.ruanyifeng.com/#README 在线ES6转ES5 https://es6console.com/k11vgg1r/

  10. Java 8,Jenkins,Jacoco和Sonar进行持续集成

    技术环境 在以安全与质量为主要驱动力的项目中,CI至关重要. 因此,我从我的团队开始进行"概念验证",以表明以下技术已准备好协同工作: Java 8, NetBeans 8.0 & ...