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【GAN】基础知识（还在更新）

9月前 作者：weixin_50862344 分类：Toy博客 阅读(38) 违法举报

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【GAN】基础知识（还在更新）。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

还没写完，别骂了.....遇到啥新东西也会补充进来

1. 损失函数/距离度量

1.1 KL散度

用来衡量分布之间距离

1.1.1 推导过程

如果想要对KL散度有一个比较好的理解，我其实建议看一下，从信息熵的角度入手我认为是一个比较好的切入点 相对熵（KL散度）、JS散度和Wasserstein距离

 和都是概率分布，一般代表真实分布，一般代表拟合的近似分布

【GAN】基础知识（还在更新）,生成对抗网络,人工智能,神经网络

利用期望的计算公式就可以得到用期望表示的KL散度

1.1.2 性质

  1. 非负性：KL散度始终非负，即 KL(P || Q) ≥ 0。
  2. 零值：当且仅当P和Q相等时，KL散度为0，表示两个分布完全相同。
  3. 不对称性：KL散度是不对称的，即 KL(P || Q) ≠ KL(Q || P)，表示P相对于Q的信息增益和P相对于Q的信息损失不同。

1.1.3 前向和反向KL散度

称为前向KL散度（forward Kullback-Leibler Divergence）

称为反向KL散度（reverse Kullback-Leibler Divergence）

【具体分析】进阶详解KL散度 - 知乎 (zhihu.com)

1.2 JS散度(Jensen–Shannon divergence)

为了解决KL散度不对称的的问题引入了 JS散度

1.2.1 公式

【GAN】基础知识（还在更新）,生成对抗网络,人工智能,神经网络

 1.2.2 对称性证明

1.2.3 缺陷

当两个分布完全不重叠时，即便两个分布的中心距离有多近，其JS散度都是一个常数，以至于梯度为0，无法更新。

【参考】 GAN：两者分布不重合JS散度为log2的数学证明

1.3 Wasserstein Loss

2. GAN训练三大问题

  1. 不收敛：模型参数震荡，损失函数不能收敛到理论值；
  2. 模式崩溃：合成的样本都趋同；
  3. 梯度消失：判别器太强，生成器的梯度消失，训练无法继续。

生成对抗网络（GAN）的模式崩溃问题

3.1 模式崩溃

GAN本质上就是在对比真实分布和生成器生成的分布。

第一：生成器生成了不真实的样本。对应于那些不真实的样本，Pg(X)>0但Pr(X)≈0，此时KL 散度中间的被积项将会趋于∞；

第二：生成器没能生成真实的样本。对应于没能生成的那些真实样本，pr(x)>0 但 pg(x)≈0，此时 KL 散度中间的被积项将会趋于 0。

GAN 中优化生成器的损失函数要求 KL 散度尽量小。第一种情形损失接近无穷，惩罚巨大，生成器就会避免生成不真实的样本；第二种情形损失接近零，惩罚非常小，因此生成器完全有可能只生成单一的真实样本，而不生成更多不同的真实样本。生成单一的真实样本已经足够欺骗判别器，生成器没有必要冒着失真的风险生成多样化的样本，模式崩溃问题由此产生。

3.模型代码框架

【参考实现】facebookresearch/pytorch_GAN_zoo: A mix of GAN implementations including progressive growing

3.1 损失部分

3.1.1 鉴别器损失

【GAN】基础知识（还在更新）,生成对抗网络,人工智能,神经网络

 3.1.2 生成器损失

【GAN】基础知识（还在更新）,生成对抗网络,人工智能,神经网络

3.1.2 渐进式训练策略

在ProGAN出来之后，很多模型同样也选择了使用渐进式的训练策略。渐进式的训练策略以方便减少了时间，同时也会在一定程度上避免了模式奔溃

4.评估指标

4.1 FID(Frechet Inception Distance score)

Frechet Inception 距离（FID）是评估生成图像质量的度量标准，专门用于评估生成对抗网络的性能。

基本原理：

  1. 删除模型原本的输出层，将输出层换为最后一个池化层（即全局空间池化层）的激活函数输出值。此输出层有 2,048 维的激活向量，因此，每个图像被预测为 2,048 个激活特征。该向量被称为图像的编码向量或特征向量。
  2. 然后使用以下公式计算 FID 分数：

【GAN】基础知识（还在更新）,生成对抗网络,人工智能,神经网络

  • 该分数被记为 d^2，表示它是一个有平方项的距离。
  • 「mu_1」和「mu_2」指的是真实图像和生成图像的特征均值（例如，2,048 维的元素向量，其中每个元素都是在图像中观察到的平均特征）。
  • C_1 和 C_2 是真实图像的和生成图像的特征向量的协方差矩阵，通常被称为 sigma。
  • || mu_1-mu_2 ||^2 代表两个平均向量差的平方和。Tr 指的是被称为「迹」的线性代数运算（即方阵主对角线上的元素之和）。
  • sqrt 是方阵的平方根，由两个协方差矩阵之间的乘积给出

【参考】学习GAN模型量化评价，先从掌握FID开始吧文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-559794.html

到了这里，关于【GAN】基础知识（还在更新）的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！

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