10 Sep

前段时间公司组织技术分享,轮到笔者时,大家希望我讲讲VAE。鉴于之前笔者也写过变分自编码器系列,所以对笔者来说应该也不是特别难的事情,因此就答应了下来,后来仔细一想才觉得犯难:怎么讲才好呢?

变分自编码器示意图

变分自编码器示意图

对于VAE来说,之前笔者有两篇比较系统的介绍:《变分自编码器(一):原来是这么一回事》《变分自编码器(二):从贝叶斯观点出发》。后者是纯概率推导,对于不做理论研究的人来说其实没什么意义,也不一定能看得懂;前者虽然显浅一点,但也不妥,因为它是从生成模型的角度来讲的,并没有说清楚“为什么需要VAE”(说白了,VAE可以带来生成模型,但是VAE并不一定就为了生成模型),整体风格也不是特别友好。

笔者想了想,对于大多数不了解但是想用VAE的读者来说,他们应该只希望大概了解VAE的形式,然后想要知道“VAE有什么作用”、“VAE相比AE有什么区别”、“什么场景下需要VAE”等问题的答案,对于这种需求,上面两篇文章都无法很好地满足。于是笔者尝试构思了VAE的一种几何图景,试图从几何角度来描绘VAE的关键特性,在此也跟大家分享一下。

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10 Jul

强大的NVAE:以后再也不能说VAE生成的图像模糊了

昨天早上,笔者在日常刷arixv的时候,然后被一篇新出来的论文震惊了!论文名字叫做《NVAE: A Deep Hierarchical Variational Autoencoder》,顾名思义是做VAE的改进工作的,提出了一个叫NVAE的新模型。说实话,笔者点进去的时候是不抱什么希望的,因为笔者也算是对VAE有一定的了解,觉得VAE在生成模型方面的能力终究是有限的。结果,论文打开了,呈现出来的画风是这样的:

NVAE的人脸生成效果

NVAE的人脸生成效果

然后笔者的第一感觉是这样的:

W!T!F! 这真的是VAE生成的效果?这还是我认识的VAE么?看来我对VAE的认识还是太肤浅了啊,以后再也不能说VAE生成的图像模糊了...

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18 May

鱼与熊掌兼得:融合检索和生成的SimBERT模型

前段时间我们开放了一个名为SimBERT的模型权重,它是以Google开源的BERT模型为基础,基于微软的UniLM思想设计了融检索与生成于一体的任务,来进一步微调后得到的模型,所以它同时具备相似问生成和相似句检索能力。不过当时除了放出一个权重文件和示例脚本之外,未对模型原理和训练过程做进一步说明。在这篇文章里,我们来补充这部分内容。

UniLM

UniLM是一个融合NLU和NLG能力的Transformer模型,由微软在去年5月份提出来的,今年2月份则升级到了v2版本。我们之前的文章《从语言模型到Seq2Seq:Transformer如戏,全靠Mask》就简单介绍过UniLM,并且已经集成到了bert4keras中。

UniLM的核心是通过特殊的Attention Mask来赋予模型具有Seq2Seq的能力。假如输入是“你想吃啥”,目标句子是“白切鸡”,那UNILM将这两个句子拼成一个:[CLS] 你 想 吃 啥 [SEP] 白 切 鸡 [SEP],然后接如图的Attention Mask:

UniLM的Mask

UniLM的Mask

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6 May

变分自编码器(五):VAE + BN = 更好的VAE

本文我们继续之前的变分自编码器系列,分析一下如何防止NLP中的VAE模型出现“KL散度消失(KL Vanishing)”现象。本文受到参考文献是ACL 2020的论文《A Batch Normalized Inference Network Keeps the KL Vanishing Away》的启发,并自行做了进一步的完善。

值得一提的是,本文最后得到的方案还是颇为简洁的——只需往编码输出加入BN(Batch Normalization),然后加个简单的scale——但确实很有效,因此值得正在研究相关问题的读者一试。同时,相关结论也适用于一般的VAE模型(包括CV的),如果按照笔者的看法,它甚至可以作为VAE模型的“标配”。

最后,要提醒读者这算是一篇VAE的进阶论文,所以请读者对VAE有一定了解后再来阅读本文。

VAE简单回顾

这里我们简单回顾一下VAE模型,并且讨论一下VAE在NLP中所遇到的困难。关于VAE的更详细介绍,请读者参考笔者的旧作《变分自编码器(一):原来是这么一回事》《变分自编码器(二):从贝叶斯观点出发》等。

VAE的训练流程

VAE的训练流程大概可以图示为

VAE训练流程图示

VAE训练流程图示

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20 Apr

EAE:自编码器 + BN + 最大熵 = 生成模型

生成模型一直是笔者比较关注的主题,不管是NLP和CV的生成模型都是如此。这篇文章里,我们介绍一个新颖的生成模型,来自论文《Batch norm with entropic regularization turns deterministic autoencoders into generative models》,论文中称之为EAEEntropic AutoEncoder)。它要做的事情给变分自编码器(VAE)基本一致,最终效果其实也差不多(略优),说它新颖并不是它生成效果有多好,而是思路上的新奇,颇有别致感。此外,借着这个机会,我们还将学习一种统计量的估计方法——$k$邻近方法,这是一种很有用的非参数估计方法。

自编码器vs生成模型

普通的自编码器是一个“编码-解码”的重构过程,如下图所示:

典型自编码器示意图

典型自编码器示意图

其loss一般为
\begin{equation}L_{AE} = \mathbb{E}_{x\sim \tilde{p}(x)}\left[\left\Vert x - \hat{x}\right\Vert^2\right] = \mathbb{E}_{x\sim \tilde{p}(x)}\left[\left\Vert x - D(E(x))\right\Vert^2\right]\end{equation}

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13 Feb

Designing GANs:又一个GAN生产车间

在2018年的文章里《f-GAN简介:GAN模型的生产车间》笔者介绍了f-GAN,并评价其为GAN模型的“生产车间”,顾名思义,这是指它能按照固定的流程构造出很多不同形式的GAN模型来。前几天在arxiv上看到了新出的一篇论文《Designing GANs: A Likelihood Ratio Approach》(后面简称Designing GANs或原论文),发现它在做跟f-GAN同样的事情,但走的是一条截然不同的路(不过最后其实是殊途同归),整篇论文颇有意思,遂在此分享一番。

f-GAN回顾

《f-GAN简介:GAN模型的生产车间》中我们可以知道,f-GAN的首要步骤是找到满足如下条件的函数$f$:

1、$f$是非负实数到实数的映射($\mathbb{R}^* \to \mathbb{R}$);

2、$f(1)=0$;

3、$f$是凸函数。

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26 Dec

“非自回归”也不差:基于MLM的阅读理解问答

前段时间写了《万能的seq2seq:基于seq2seq的阅读理解问答》,探索了以最通用的seq2seq的方式来做阅读理解式问答,并且取得相当不错的成绩(单模型0.77,超过参加比赛时精调的最佳模型)。这篇文章我们继续做这个任务,不过换一个思路,直接基于MLM模型来做,最终成绩基本一致,但能提高预测速度。

用MLM做阅读理解的模型图示(其中[M]表示[MASK]标记)

用MLM做阅读理解的模型图示(其中[M]表示[MASK]标记)

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1 Dec

级联抑制:提升GAN表现的一种简单有效的方法

昨天刷arxiv时发现了一篇来自星星韩国的论文,名字很直白,就叫做《A Simple yet Effective Way for Improving the Performance of GANs》。打开一看,发现内容也很简练,就是提出了一种加强GAN的判别器的方法,能让GAN的生成指标有一定的提升。

作者把这个方法叫做Cascading Rejection,我不知道咋翻译,扔到百度翻译里边显示“级联抑制”,想想看好像是有这么点味道,就暂时这样叫着了。介绍这个方法倒不是因为它有多强大,而是觉得它的几何意义很有趣,而且似乎有一定的启发性。

正交分解

GAN的判别器一般是经过多层卷积后,通过flatten或pool得到一个固定长度的向量$\boldsymbol{v}$,然后再与一个权重向量$\boldsymbol{w}$做内积,得到一个标量打分(先不考虑偏置项和激活函数等末节):
\begin{equation}D(\boldsymbol{x})=\langle \boldsymbol{v},\boldsymbol{w}\rangle\end{equation}
也就是说,用$\boldsymbol{v}$作为输入图片的表征,然后通过$\boldsymbol{v}$和$\boldsymbol{w}$的内积大小来判断出这个图片的“真”的程度。

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