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受限玻尔兹曼机:压成特征,再重构回来

受限玻尔兹曼机(RBM)有两层:能看见的可见层(这里是图像像素)和看不见的隐藏层(少量特征单元)。“受限”指的是层内没有连接,只有可见↔隐藏之间全连着,而且来回用同一套权重。它的招牌动作是来回采样:先由图像算出隐单元(编码 v→h),再只凭这几个隐单元把图像画回来(重构 h→v′)。训练后,每个隐单元会学成一个特征检测器——于是 35 个像素被压进 3 个特征,重构时把激活的特征叠加起来,反而能把输入里的噪声滤掉。给一张带噪的数字,点“下一步”,看它被编码、再被干净地重构出来。

左边是带噪输入 v;中间 3 个隐单元各自显示它学到的特征(一个数字模板),点亮程度=被激活的强度;右边是只凭隐单元重构出的 v′。层内无连接,每个像素与每个隐单元全连接,来回共用权重。

受限=层内无连接

只有可见↔隐藏之间相连,来回共用同一套权重——这让条件分布好算、能高效采样。

隐单元=学到的特征

训练后每个隐单元变成一个特征检测器;35 个像素被压成 3 个特征,是一种瓶颈编码。

重构=叠加激活的特征

只凭激活的隐单元重画图像,画不出噪声,于是输入被去噪/补全——堆叠多层即深度信念网络。

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