常见的GAN网络的相关原理及推导

常见的GAN网络的相关原理及推导

在上一篇中我们给大家介绍了GAN的相关原理和推导，GAN是VAE的后一半，再加上一个鉴别网络。这样而导致了完全不同的训练方式。

GAN，生成对抗网络，主要有两部分构成：生成器，判别器。

生成器网络的主要工作是负责生成样本数据，输入的是高斯白噪声z，输出的是样本数据向量x：

判别器网络的主要工作是负责检测样本的数据增加，输入真实或者生成的样本数据，输出样本的标签：

由于生成器和判别器都是需要经过网络进行训练的，所以两者都要能够微分。

生成对抗网络的工作方式是让第一代的G产生一些图片，然后把这些图片和一些真实的图片丢到第一代的D里面去学习，让第一代的D能够分别生成的图像和真实的图片。在训练第二代的G，第二代的G产生的图片，能够骗过第一代的D，在训练第二代的D，依次迭代。

那么，问题就来了，如何训练新一代的G来骗过上一代的D呢？

我们可以把新一代的G和上一代的D连起来形成一个新的NN，我们训练最终的输出接近1，然后我们那中间的结果当做我们新的图片的输出。

优化函数

生成器G固定之后，使用来评价Pdata和Pz之间的差异。优化方式，对于生成器优化而言，我们要最小化价值函数，对于判别器而言，我们要优化最大价值函数，不断的交替进行之后，能够达到有个平衡点，称之为纳什均衡点。

生成器最小化目标即为判别器将生成数据识别为假的概率的log值，对于上述提到的均衡点，它是判别代价函数的鞍点。

对于GAN的训练算法，步骤如下：

a、执行D-step的minibatch优化k次：

　　1.从先验分布p(z)随机生成m个随机噪声向量z

　　2.从数据集分布p(x)里随机获取m个样本x

　　3.使用随机梯度上升优化判别器的代价函数

b.执行G-step的minibatch优化1次：

　　1.从先验分布p(z)随机生成m个随机噪声向量z

　　2.使用梯度下降优化生成器的代价函数

我们可以通过下面的曲线进一步理解训练过程：

其中，绿线为生成器的数据分布，黑线为真实数据的分布，蓝线为判别器的结果分布。

GAN的问题：

GAN的训练比较困难，主要存在收敛难，很难达到纳什均衡点，并且无法有效监控收敛状态，另一方面，模型容易崩溃，判别器快速达到最优，能力明显强于生成器，生成器将数据集中生成在判别器最认可的空间上，即输出多样性低，不使用于离散输出（不可微分）。