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keras变分自动编码器损失函数

Keras变分自动编码器(Variational Autoencoder,VAE)是一种生成模型,结合了自动编码器和概率图模型的思想。它可以用于无监督学习和生成模型,常用于数据降维、特征提取和生成新样本等任务。

损失函数是衡量模型预测结果与真实值之间差异的指标。对于Keras变分自动编码器,常用的损失函数是变分下界(Variational Lower Bound,VLB)或重构损失函数。

  1. 变分下界(Variational Lower Bound,VLB):VLB是VAE中的主要损失函数,用于衡量重构误差和潜在空间的正则化项之间的权衡。它由两部分组成:重构损失和KL散度。
    • 重构损失:衡量模型重构样本与原始样本之间的差异。常用的重构损失函数是均方误差(Mean Squared Error,MSE)或二进制交叉熵(Binary Cross Entropy)。
    • KL散度:衡量潜在空间中的编码分布与先验分布之间的差异。常用的先验分布是高斯分布或均匀分布。
    • VLB损失函数的目标是最小化重构误差并使编码分布接近先验分布,从而实现数据的压缩和生成。
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    • 云数据库MySQL版(TencentDB for MySQL):提供高性能、可扩展的MySQL数据库服务,用于存储Keras变分自动编码器的训练数据和模型参数。产品介绍链接:腾讯云云数据库MySQL版
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理解自动编码器

导言 今天的文章用深入浅出的语言和形式为大家介绍自动编码器(VAE)的基本原理,以帮助初学者入门,真正理解这一较为晦涩的模型。还是那种熟悉的风格和味道!...图3通过学习得到概率变换函数 这里的映射函数是通过学习得到而非人工设计,在深度生成模型中用神经网络表示。主流的深度生成模型,如自动编码器、生成对抗网络均采用了这种思路。...2.如何在训练过程中迫使映射函数生成的样本逐步趋向于真实的样本分布。 本文将要讲述的自动编码器使用推断和神经网络作为工具来解决此问题。...自动编码器 自动编码器(Variational Auto-Encoder,简称VAE)由Kingma等人提出[1],是对复杂的概率分布进行无监督学习的典型方法。...VAE是推断与神经网络相结合的产物。整个系统遵循自动编码器的结构,由编码器和解码器构成。

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原创 | 自动编码器(VAE)

VAE 概述 自动编码器(Variational autoEncoder,VAE)是生成模型的一种。这些方法的主要目标是从对象的学习分布中生成新的采样数据。...维度对 VAE 的影响 在编码器中,隐变量空间的维度(dimensionality)是一个非常重要的变量,在一般的编码器(AE)中,这个变量也被称为 bottleneck。...不同的维度会导致 decoder 生成不同的图片,我们这里使用 MNIST 的训练集,在ELBO = 0.5*MSE + 0.5*KL的情况下来训练自动编码器,用 MNIST 的测试集来测试重构的效果...损失函数对 VAE 的影响 从第五节可以看出,不同维度的大小会影响生成图片的质量。同样的,不同的损失函数也会导致 VAE 生成不同质量的图片。...除了VAE,后续还有很多类似的模型比如条件编码器 (Conditional VariationalautoEncoder),生成对抗编码器(VAEGAN)等等,这个领域的不断发展也带了更更好的生成类模型

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  • 条件自动编码器CVAE:基本原理简介和keras实现

    自动编码器(VAE)是一种有方向的图形生成模型,已经取得了很好的效果,是目前生成模型的最先进方法之一。...像任何其他自动编码器架构一样,它有一个编码器和一个解码器。编码器部分试图学习qφ(z | x),相当于学习数据的隐藏表示x或者x编码到隐藏的(概率编码器)表示。...对模型进行训练,使目标函数最小化 ? 这种损失的第一项是重建错误或数据点的预期负对数可能性。期望是关于编码器的分布在表示通过采取一些样本。这个术语鼓励解码器在使用来自潜在分布的样本时学会重构数据。...第二项是Kullback-Leibler编码器之间的分布q_φ(z | x)和p (z)。这个散度度量了在使用q表示z上的先验时损失了多少信息,并鼓励其值为高斯分布。...一种训练时编码器实现为前馈神经网络,其中P(X|z)为高斯分布。红色表示不可微的采样操作。蓝色表示损失计算 ? 测试时的“自动编码器”,它允许我们生成新的样本。“编码器”路径被简单地丢弃。

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    编码器

    编码器的一个非常好的特性是,同时训练参数编码器与生成器网络的组合迫使模型学习编码器可以捕获可预测的坐标系。这使得它成为一个优秀的流形学习算法。...编码器背后的关键思想是,它们可以通过最大化与数据点 x 相关联的 下界 L(q) 来训练: ?...编码器背后的主要思想是训练产生 q 参数的参数编码器(有时也称为推断网 络或识别模型)。...编码器的一个缺点是它仅针对一 个问题学习推断网络,给定 x 推断 z。...编码器的一个非常好的特性是,同时训练参数编码器与生成器网络的组合迫使模型学习编码器可以捕获可预测的坐标系。这使得它成为一个优秀的流形学习算法。图20.6展示了由编码器学到的低维流形的例子。

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    编码器概述

    SIGAI特约作者 杨晓江 上海交通大学thinklab实验室 摘要 编码器(VAE)[1] 如今已经成为在复杂场景中进行推断(inference)的基本工具,同时它作为生成模型在生成连续型数据上也得到了广泛的关注和应用...本文简要介绍了推断的问题背景,接着介绍VAE的基本思想和原理,指出VAE是推断思想和神经网络结合的产物,并对它作简单的分析和理解。...由于VAE是推断和神经网络结合而来的成果,本节主要介绍VAE的思想背景:推断和ELBO。...2、推断和ELBO 为了解决推断问题,主要的方法有蒙特卡洛马尔可夫链(MCMC)和推断(Variational Inference, VI)。...而推断则可以用BP算法和小批量梯度下降来训练,成本较低。VAE正是在推断上发展而来的。 推断是用一个分布q(z)来逼近后验分布 ? ,具体的做法是最小化以下KL散度: ?

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    编码器 VAE

    编码器 (Variational Auto-Encoders, VAE) 属于生成模型家族。...简介 简单来讲,编码器是可以和GAN相媲美的生成网络。我们可以输入一个低维空间的Z,映射到高维空间的真实数据。比如,生成不同样的数字,人脸等等。...什么是 VAE 自动编码器(AEV)就是用于生成模型,结合了深度模型以及静态推理。简单来说就是通过映射学习将一个高位数据,例如一幅图片映射到低维空间Z。与标准自动编码器不同的是,X和Z是随机变量。...编码器同样的以特定分布的随机样本作为输入,并且可以生成相应的图像,从此方面来看其与对抗生成网络目标是相似的。但是编码器不需要判别器,而是使用编码器来估计特定分布。...但是,与自编码器不同,VAE 的潜在空间是连续的,并且解码器本身被用作生成模型。 VAE即在AE的基础上引入的思想,使其能够进行数据生成。

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    编码器(VAEs)

    除了GAN,还有一类很有名生成模型variational auto-encoder(VAE,编码器)。接下来的几期里面,我打算系统地了解一下VAEs。...,从自编码器(auto-encoder)的角度来看,就是解码器;而由 x -> z 是识别模型(recognition model) ? ,类似于自编码器编码器。...与GANs不同的是,我们是知道图像的密度函数(PDF)的(或者说,是我们设定的),而GANs我们并不知道图像的分布。...做参数估计,利用对数最大似然法,就是要最大化下面的对数似然函数: ? 利用贝叶斯推理,可以得到 ? 其中, ? 经过改写,还可以写成 ? L称为对数似然函数下界。...一般来说,直接优化对数似然函数是不可行的,因此转而优化它的下界L。根据上述的两种形式,可以得到两种近似模型: ? 以及 ?

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    理解编码器VAE

    然后求X下的一个高斯分布,如何求呢,使用了两个神经网络,分别预测了X下均值μ和方差σ,这样就形成了均值μ,方差σ一个高斯分布,然后正常想法是,将这个高斯分布进行随机取样作为中间表示(隐向量),【相比于自编码器...然后再去生成数据X’,但是随机取样这个行为,在网络里是不可导的,所以采用了重采样技术,通过添加服从0~1布的高斯噪声ε,利用μ+σε来代替随机采样的行为,也就是,相当于ε是随机参数,这样网络就可以优化...整个网络的损失,一部是跟自编码器一样的重构损失,目的是为了保证X和X’的一致性。另一方面是希望预测的高斯分布与标准正太分布趋近,所以求其KL损失。 ?...KL损失公式 原始的自编码模型,会使得两个类别之间的推理表示不能生成合理结果,也可以说没有泛化性,例如:已有0和8这两个数字的编码,我们对这两个编码进行加权求值得到一个中间表示,放到解码器中,自编码模型没有办法预测合理结果...这是因为在原始自编码器中,不同数字的中间表示(隐向量)之间完全没有重叠,因此无法生成中间结果 。如下如的1和7的编码聚类结果之间没有重叠。 ?

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    VAE-编码器

    Variational AutoEncoder 自动编码器(Autoencoder,AE) https://arxiv.org/abs/2003.05991 原理 先将高维的原始数据映射到一个低维特征空间...编码器不再将输入映射成隐层空间中的一个固定编码,而是转换成对隐层空间的概率分布估计,为了方便表示我们假设先验分布是一个标准高斯分布。...为了解决上述问题,编码器使用了推理的方法,引入一个可学习的概率编码器去近似真实的后验分布,使用KL散度度量两个分布的差异,将这个问题从求解真实的后验分布转化为如何缩小两个分布之间的距离。...我们省略中间推导过程,将上式展开得到式, img 由于KL散度非负,我们可以将我们的最大化目标转写成, img 综上,我们将关于概率编码器和概率解码器的定义为模型的损失函数,其负数形式称为的证据下界...编码器在自编码器基础上增加了一个先验隐空间(标准正态分布),这为学习的隐空间提供了非常好的属性(我们可以通过隐空间平滑地插值数据分布)。

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    keras:model.compile损失函数的用法

    损失函数loss:该参数为模型试图最小化的目标函数,它可为预定义的损失函数名,如categorical_crossentropy、mse,也可以为一个损失函数。...详情见losses 可用的损失目标函数: mean_squared_error或mse mean_absolute_error或mae mean_absolute_percentage_error或mape...,logloss) logcosh categorical_crossentropy:亦称作多类的对数损失,注意使用该目标函数时,需要将标签转化为形如(nb_samples, nb_classes)的二值序列...poisson:即(predictions – targets * log(predictions))的均值 cosine_proximity:即预测值与真实标签的余弦距离平均值的相反数 补充知识:keras.model.compile...=这两个参数 以上这篇keras:model.compile损失函数的用法就是小编分享给大家的全部内容了,希望能给大家一个参考。

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    深度学习算法中的自动编码器(Variational Autoencoders)

    其中,自动编码器(Variational Autoencoders,VAEs)作为一种特殊类型的自动编码器,在生成模型、数据压缩和特征学习等领域取得了很大的成功。...本文将介绍自动编码器的原理和应用,并探讨其在深度学习中的重要性。自动编码器的原理自动编码器是一种生成模型,由编码器和解码器组成。其主要目标是学习数据的潜在分布,从而能够生成新的样本。...layers# 定义自动编码器编码器class Encoder(tf.keras.Model): def __init__(self, latent_dim): super(...自动编码器的应用自动编码器在深度学习中有广泛的应用。以下是一些常见的应用领域:生成模型VAEs作为生成模型,可以用于生成新的样本。...自动编码器的挑战和发展方向尽管自动编码器在深度学习中取得了很大的成功,但仍然存在一些挑战和改进的方向。其中一些包括:训练的稳定性VAEs的训练过程常常面临着训练不稳定和收敛困难的问题。

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    TensorFlow从1到2(十一)自动编码器和图片自动生成

    基本概念 “自动编码器”(Variational Autoencoders,缩写:VAE)的概念来自Diederik P Kingma和Max Welling的论文《Auto-Encoding Variational...作为普及型的文章,介绍“自动编码器”,要先从编码说起。 简单说,编码就是数字化,前面第六篇我们已经介绍了一些常见的编码方法。...你心中的“自动编码器”无时不在高效的运转,只不过我们已经习以为常,这个“自动编码器”就是人的智慧。这个“自动编码器”的终极目标就是可能“无中生有”。...自动编码器 传统的自动编码器之所以更类似于压缩器或者存储器。在于所生成的数据(编码结果、压缩结果)基本是确定的,而解码后还原的结果,也基本是确定的。...自动编码器最初的目的应当也是一样的,算是一种编解码器的实现。最大的特点是首先做了一个预设,就是编码的结果不是某个确认的值,而是一个范围。

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    keras自动编码器实现系列之卷积自动编码器操作

    图片的自动编码很容易就想到用卷积神经网络做为编码-解码器。在实际的操作中, 也经常使用卷积自动编码器去解决图像编码问题,而且非常有效。 下面通过**keras**完成简单的卷积自动编码。...编码器有堆叠的卷积层和池化层(max pooling用于空间降采样)组成。 对应的解码器由卷积层和上采样层组成。...里带的有one-hot的函数, 就直接用那个了 return trX / 255., trY, teX/255., teY # 开始导入数据 x_train, _ , x_test, _= load_mnist...搬砖系列-单层卷积自编码器 考试成绩出来了,竟然有一门出奇的差,只是有点意外。...自动编码器实现系列之卷积自动编码器操作就是小编分享给大家的全部内容了,希望能给大家一个参考。

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    一般来说,这涉及构建一个损失函数,其中一项鼓励我们的模型对输入敏感(比如,重构损失 ? ),而第二项防止出现直接记住或过度拟合(如,加个正则化)。 ?...在这篇文章中,我会讨论一些标准的自编码器架构,用于强加这两个约束并调整权衡。下一篇,我将讨论基于这些概念构建的编码器,以构建更强大的模型。...稀疏自编码器 稀疏自编码器为我们提供了一种不需要减少我们隐藏层的节点数量,就可以引入信息瓶颈的的方法。相反,我们将构造我们的损失函数,以惩罚层中的激活。...我们可以通过两种主要的方式来强加这种稀疏性约束;都涉及到测量每个训练批次的隐藏层激活,并为损失函数添加一些惩罚过度的激活的项。...为了写得更简洁,我们可以将我们的完整损失函数定义为: ? 在这里 ? 定义了我们的隐层激活输入x的梯度场,所有的i训练示例求和。

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    NeurIPS 2016 | VGAE:图自编码器

    这篇文章主要介绍Kipf和Welling提出的图自编码器模型VGAE,在介绍VGAE之前,首先需要介绍GAE,即图自编码器。 1....因此,GAE中的损失函数可以定义如下: \mathcal{L}=-\frac{1}{N}\sum (ylog\hat{y}+(1-y)log(1-\hat{y})) 这里 y 表示原始邻接矩阵 A 中的元素...从上述损失函数可以看出,损失函数的本质就是两个交叉熵损失函数之和。 当然,我们可以对原始论文中的GAE进行扩展,例如编码器可以使用其他的GNN模型。 2....与GAE不同,在图自编码器VGAE中,节点向量 Z 不是由一个确定的GCN得到,而是从一个多维高斯分布中采样得到。...损失函数由两部分组成: 第一部与GAE中类似,为交叉熵函数,也就是经分布 q 得到的向量重构出的图与原图的差异,这种差异越小越好;第二部表示利用GCN得到的分布 q 与标准高斯分布 p(Z) 间的

    1.4K30

    【译】编码器教程 一、简介

    Tutorial on Variational Autoencoders Arxiv 1606.05908 摘要 在短短三年内,编码器(VAE)已经成为复杂分布的无监督学习的最流行的方法之一。...最近,一些工作在通过反向传播 [9],将神经网络训练为强大的函数近似器方面,取得了巨大进步。这些进步产生了有希望的框架,可以使用基于反向传播的函数近似器来构建生成模型。...最受欢迎的此类框架之一是编码器 [1, 3],本教程的主题。这种模型的假设很弱,通过反向传播训练很快。 VAE 确实做了近似,但是这种近似引入的误差在高容量模型下可以说是很小的。...它针对的是那些人,可能用于生成模型,但可能不具备 VAE 所基于的分贝叶斯方法,和“最小描述长度”编码模型的强大背景。...注意任何结构或甚至“编码器”路径的显着缺失:可以在没有任何输入的情况下从模型中进行采样。 这里,矩形是“平板表示法”,这意味着我们可以从z和X采样N次,同时模型参数θ保持固定。

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    【干货】深入理解编码器

    本文强调了编码器的理论推导和实现细节,在文末展示了编码器作为生成模型的输出结果。希望深入理解编码器的读者不妨读一读。...Variational autoencoders 编码器编码器是发现数据的一些隐状态(不完整,稀疏,去噪,收缩)表示的模型。...注意:对于编码器编码器有时被称为识别模型,而解码器有时被称为生成模型。...这个网络的损失函数将包括两个项,一个惩罚重建误差(可以认为是最大化重建可能性,如前所述),第二项鼓励我们学习的分布 ? 与真实的分布 ? 相似。对于隐空间的每个维度,我们假设先验分布 ?...编码器的主要优点是我们能够学习输入数据的平滑隐状态表示。对于标准的自编码器,我们只需要学习一个编码,它允许我们重现输入。

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    【学术】从自编码器编码器(其二)

    注意:对于编码器编码器模型有时被称为识别模型(recognition model ),而解码器模型有时被称为生成模型。...我们网络的损失函数包括两项,第一个惩罚重构误差(可以认为是正如前面所讨论的最大化重构的可能性),第二个鼓励我们学习分布q(z | x)类似于真实的先验分布p(z),我们假设单元高斯分布,每个维度j的潜在空间...实现 在前面,我建立了编码器结构的统计动机。在本节中,我将提供自己构建这种模型的实际实现细节。...潜在空间的可视化 为了理解编码器模型的含义及它与标准自编码器架构的差异,检查潜在空间很有必要。 编码器的主要优点是我们能够学习输入数据的平滑潜在状态表示。...这一简单的见解导致了一种新型的模型 — 解离自动编码器(disentangled variational autoencoders)的增长。

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