RBM
1. 玻尔兹曼分布:
$$p(E) \thicksim e^{-E/kT} $$
2. RBM
- 两层:隐层和可视层, $\mathbf v$, $\mathbf h$
$$v_i \in \{0, 1\}, \ \ \ h_j \in \{0, 1\}$$
- 能量假设:
$$ E (\mathbf v, \mathbf h; \theta) = - \mathbf b \cdot \mathbf v - \mathbf c \cdot \mathbf h - \mathbf v^T W \mathbf h \\
\theta = \{\mathbf b,\ \mathbf c,\ W\}$$
- 概率分布:
$$p(v, h; \theta) = \frac 1 Z e ^{-E(v,h; \ \theta)} \\
Z(\theta) = \sum_{v,h} e^{-E(v,h; \theta)}$$
- 条件概率:
$$p(v | h;\ \theta) = \frac{e^{-E(v,h)}}{\sum_ve^{-E(v,h)}} \\
p(h | v;\ \theta) = \frac{e^{-E(v,h)}}{\sum_he^{-E(v,h)}} \\
p(v_i = 1 \ | \ h; \theta) = \sigma(b_i + \sum_j W_{ij} h_j) \\
p(h_j = 1 \ | \ v; \theta) = \sigma(c_j + \sum_i W_{ij} v_i)$$
- 全概率:
$$ p(v) = \sum_h p(v,h) = \frac{\sum_h e^{-E(v,h)}}{\sum_{v,h} e^{-E(v,h)}} $$
3. 优化
- 极大化似然函数:
$$\mathcal L(\theta\ |\ v) = \ln p(v;\ \theta) = \ln\sum_he^{-E(v,h)} - \ln\sum_{v,h} e^{-E(v,h)} $$
- 梯度:
$$ \frac{\partial L}{\partial \theta}
= \mathrm E_{p(h|v)}[-\frac{\partial E(v,h)}{\partial\theta}] - \mathrm E_{p(v,h)}[-\frac{\partial E(v,h)}{\partial \theta}] \\
\frac{\partial E(v,h)}{\partial W_{ij}} = - v_i h_j, \\
\frac{\partial E(v,h)}{\partial b_i} = - v_i, \\
\frac{\partial E(v,h)}{\partial c_j} = - h_j$$
4.其他能量模型
- Gaussian-Bernoulli RBM:
- 能量定义:
$$E(v,h; \theta) = \sum_i \frac{(v_i - b_i)^2}{2\sigma_i^2} - \sum_j c_j h_j - \sum_{ij} W_{ij}\frac{v_i}{\sigma_i}h_j \\ \theta = \{b,\ \sigma,\ c,\ W \} \qquad\qquad \qquad\qquad $$
- 条件概率:
$$p(v_i = x \ | \ h;\ \theta) = \mathcal N(b_i + \sigma_i \sum_j W_{ij}h_j,\ \sigma_i) \\
p(h_j = 1 \ | \ v;\ \theta) = \sigma(c_j + \sum_i W_{ij}\frac {v_i}{\sigma_i}) \ \ \ \ \ $$
- extended energy
- 能量定义
$$E(v,\ y,\ h) = -\sum b_i v_i - \sum c_j h_j - \sum W_{ij} v_i h_j - \sum d_k y_k - \sum U_{jk} h_j y_k \\
\theta = \{b,\ c,\ W,\ d,\ U\} \qquad\qquad\qquad$$
- 条件概率
$$p(v_i = 1 | h) = \sigma(b_i + \sum_j W_{ij}h_j) \qquad\qquad\\
p(h_j = 1| x,\ y) = \sigma(c_j + \sum_iW_{ij}x_i + \sum_kU_{jk}y_k) \\
p(y_k = 1 | h) = \frac{\exp(d_k + \sum_j U_{jk}h_j)}{\sum_k \exp(d_k + \sum_kU_jk h_j)} $$
5. 附录
1. 玻尔兹曼分布的最大熵推导
封闭系统能量守恒,总能量 $\mathcal E$。共有$N$个状态,每个状态$i$的能量 $E_i$,对应概率 $p_i$
则有约束条件:
$$\sum_ip_i = 1 \\ \sum_i p_i E_i = \mathcal E/N \equiv \bar E $$
最大化信息熵:
$$H[p] = -\sum_ip_i\ln p_i$$
等效于最大化下面的拉格朗日量:
$$\mathcal L[p] = H[p] + \alpha (1 - \sum_ip_i)+ \beta(\bar E - \sum_ip_iE_i)$$
即得能量的概率分布:
$$p(E_i) \propto e^{-\beta E_i}$$
2. RBM 条件概率推导
$$p(v_i=1 |h) = \frac{\sum_{v_k\ne i}p(v_i=1,v_k,h)}{\sum_vp(v,h)} \\
=\frac{\sum_{v_k\ne i}\exp[(b_iv_i+\sum_j W_{ij}v_ib_j)_{v_i=1}+\sum_{k\ne i}b_kv_k + \sum_j c_jh_j + \sum_{k\ne i,j}W_{kj}v_kh_j]}
{\sum_{v_i,v_{k\ne i}} \exp[(b_iv_i+\sum_j W_{ij}v_ib_j)+\sum_{k\ne i}b_kv_k + \sum_j c_jh_j + \sum_{k\ne i,j}W_{kj}v_kh_j]]} \\
= \frac{\exp[(b_iv_i+\sum_j W_{ij}v_ib_j)_{v_i=1}]\cdot\sum_{v_k\ne i}\exp[\sum_{k\ne i}b_kv_k + \sum_j c_jh_j + \sum_{k\ne i,j}W_{kj}v_kh_j]}
{\sum_{v_i} \exp[(b_iv_i+\sum_j W_{ij}v_ib_j)] \cdot \sum_{v_{k\ne i}}\exp[\sum_{k\ne i}b_kv_k + \sum_j c_jh_j + \sum_{k\ne i,j}W_{kj}v_kh_j]} \\
= \frac{\exp[(b_iv_i+\sum_j W_{ij}v_ib_j)_{v_i=1}]}
{\sum_{v_i} \exp[(b_iv_i+\sum_j W_{ij}v_ib_j)]} \\
= \frac{1}{1 + \exp[-b_i - \sum_jW_{ij}b_j]}. \qquad (v_i\in \{0,1\}) $$
RBM的更多相关文章
- RBM阅读笔记
RBM包含两个层,可见层(visble layer)和隐藏层(hidden layer).神经元之间的连接具有以下特点:层内无连接,层间全连接.RBM可以看做是一个二分图(神经元当做顶点,神经元之间的 ...
- RBM Formula Deduction
Energy based Model the probability distribution (softmax function): \[p(x)=\frac{\exp(-E(x))}{\sum\l ...
- Deep Learning 15:RBM的学习
RBM是深度学习的核心,所以必须彻底清楚地理解RBM原理.推导及其训练方法 1.读学位论文“基于深度学习的人脸识别研究”: 对RBM.DBN的介绍比较详细,可以作为基础阅读,再去读英文论文. 2.RB ...
- 受限玻尔兹曼机(RBM)学习笔记(八)RBM 的评估
去年 6 月份写的博文<Yusuke Sugomori 的 C 语言 Deep Learning 程序解读>是囫囵吞枣地读完一个关于 DBN 算法的开源代码后的笔记,当时对其中涉及的算 ...
- 受限玻尔兹曼机(RBM)学习笔记(七)RBM 训练算法
去年 6 月份写的博文<Yusuke Sugomori 的 C 语言 Deep Learning 程序解读>是囫囵吞枣地读完一个关于 DBN 算法的开源代码后的笔记,当时对其中涉及的算 ...
- 受限玻尔兹曼机(RBM)学习笔记(六)对比散度算法
去年 6 月份写的博文<Yusuke Sugomori 的 C 语言 Deep Learning 程序解读>是囫囵吞枣地读完一个关于 DBN 算法的开源代码后的笔记,当时对其中涉及的算 ...
- 受限玻尔兹曼机(RBM)学习笔记(五)梯度计算公式
去年 6 月份写的博文<Yusuke Sugomori 的 C 语言 Deep Learning 程序解读>是囫囵吞枣地读完一个关于 DBN 算法的开源代码后的笔记,当时对其中涉及的算 ...
- 受限玻尔兹曼机(RBM)学习笔记(四)对数似然函数
去年 6 月份写的博文<Yusuke Sugomori 的 C 语言 Deep Learning 程序解读>是囫囵吞枣地读完一个关于 DBN 算法的开源代码后的笔记,当时对其中涉及的算 ...
- 受限玻尔兹曼机(RBM)学习笔记(三)能量函数和概率分布
去年 6 月份写的博文<Yusuke Sugomori 的 C 语言 Deep Learning 程序解读>是囫囵吞枣地读完一个关于 DBN 算法的开源代码后的笔记,当时对其中涉及的算 ...
- 受限玻尔兹曼机(RBM)学习笔记(二)网络结构
去年 6 月份写的博文<Yusuke Sugomori 的 C 语言 Deep Learning 程序解读>是囫囵吞枣地读完一个关于 DBN 算法的开源代码后的笔记,当时对其中涉及的算 ...
随机推荐
- mybatis整合ehcache
知识点:mybatis整合encache缓存框架,缓存从数据库中,查询的数据,不使用mybatis自带的二级缓存 补充:github上Mybatis Ehcache 适配器包说明地址:http://w ...
- 决策树的剪枝,分类回归树CART
决策树的剪枝 决策树为什么要剪枝?原因就是避免决策树“过拟合”样本.前面的算法生成的决策树非常的详细而庞大,每个属性都被详细地加以考虑,决策树的树叶节点所覆盖的训练样本都是“纯”的.因此用这个决策树来 ...
- SOA和SaaS的区别
SOA,Service Oriented ArchITecture,面向服务的架构 SaaS,Software as a Service https://blog.csdn.net/chenyi888 ...
- Java循环语句之 do...while
do...while 循环与 while 循环语法有些类似,但执行过程差别比较大. 语法: 执行过程: <1>. 先执行一遍循环操作,然后判断循环条件是否成立 <2>. 如果条 ...
- jQuery实际案例④——360导航图片效果
如图:①首先使用弹性盒子布局display:flex; flex-wrap:wrap; ②鼠标移上去出现“百度一下,你就知道了”,这句话之前带上各个网站的logo:③logo使用的是sprite,需要 ...
- 【小而优】 如何实现 tail -f 动态显示日志时高亮显示关键字
前言 如果你在linux下工作,那用tail -f跟踪一个日志文件的输出内容应该是家常便饭了. 但是,有时你更关心的是一些敏感字词,希望能够在动态跟踪的同时,把这些字词高亮出来,比如日志中的 ERRO ...
- php温习-变量,常量
1.变量 内存中用于临时存储数据的一个空间,空间有一个名字子,变量都是以$开头 预定义变量: $_GET $_POST $_REQUEST $_SEVER $_SEESION $_COO ...
- ubuntu下python安装pandas和numpy等依赖库版本不兼容的问题RuntimeWarning: numpy.dtype size changed
习惯了linux下用pip install numpy及pip install pandas命令了.折腾了好久了. 上来先在python3中pip3 install numpy装了numpy,然后再p ...
- ItemsControl控件-----常用的
常用的ItemsControl控件有:ListBox.ComboBox.TreeView.DataGrid等等.(小结:均是“多项”控件,多项 对应 集合,单项 对应 元素) ItemsControl ...
- IOS-CocoaPods的详细安装与使用
1.为什么需要CocoaPods 在进行iOS开发的时候,总免不了使用第三方的开源库,比如SBJson.AFNetworking.Reachability等等.使用这些库的时候通常需要: 下载开源库的 ...