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生成式对抗网络（GAN）【第六章】

news 来源：原创 2024/9/29 14:26:57

文章目录

Generator Network
GAN
- Uncoditional generation
- - Generator
  - Discriminator
- Basic Idea of GAN
- Algorithm
- Theory behind GAN
- WGAN
- - Wasserstein distance
- Conditional Generation
- - Conditional GAN

Generator Network

将 Network 拿来当 Generator 来使用

现在 Network 的输入会加上一个 random 的 variable (z)，z 是从一个分布中取样出来的，现在的 Network 是同时看 x 跟 z 得到输出。

由于 z 的值随机，所以 y 的输出也就不一样，此时 Network 的输出不是单一的一个东西，而是一个复杂的 distribution。

这个可以输出一个 distribution 的 Network，我们就叫它 generator

在这里插入图片描述

GAN

Uncoditional generation

Generator

此时 Generator 它的输入就是 z，输出就是 y

假设 z 是从一个 normal distribution 中 sample 出来的向量（维度自定义）
输出是一个卡通图像（可以看成一个高维度的向量）
当输入不同时，输出也会改变。

在这里插入图片描述

Discriminator

除了 generator 外，还需要训练 discriminator（本质上也是一个 neural network）

它的作用是：拿一个图片作为输入，输出是一个数值（数字越大代表输入的图片越像是真实的二次元人物的图像）。

generator 和 discriminator 都是 neural network，它们的架构完全可以人为设计/选择（如：CNN、Transform）。

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Basic Idea of GAN

直观上理解：generator 优化的目标是骗过 discriminator 的识别，而 discriminator 优化的目标是去更好的识别出 generator 生成的图像。

在这里插入图片描述

Algorithm

假设 Generator 和 Discriminator 的参数已经被初始化了。

固定住 generator，只训练此时的 discriminator
此时将随机产生的向量作为输入，输出的是很奇怪的一些图片
用真正的卡通图像跟 generator 产生出来的结果，去训练 discriminator（训练的目标是分辨真正的卡通图像与 generator 产生出来的卡通图像之间的差异）

在这里插入图片描述

固定住 discriminator，只训练此时的 generator（训练的目标是骗过 discriminator，也就是 discriminator 输出值越大越好）

在这里插入图片描述

反复的训练 discriminator 和 generator

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Theory behind GAN

将 Normal Distribution 随机生成一堆 vector，丢到 Generator 以后，会产生一个比较复杂的 Distribution（叫做 PG），真正的 Data 也形成了另外一个 Distribution，叫做 Pdata，我们期待 PG 跟 Pdata 越接近越好。

此时的 Loss function 可以理解为 PG 和 Pdata 的 divergence

在这里插入图片描述

通过 smaple 出来的数据来估测 Divergence
在这里插入图片描述
Discriminator 训练的目标：给来自 Pdata 的数据更高的分数，给来自 PG 的数据更低的分数。

最大化 Object function 这个 V，相当于要让前面的来自 Pdata 的 y 的 D(y) 越大越好，后面的来自 PG 的 y 的 D(y) 越小越好。（等同于 Minimize Cross Entropy，当作训练一个 Classifier）

在这里插入图片描述
小的 divergence 对应小的 Object Fuction 的 Maximum 值：小的 divergence 说明 PG 和 Pdata 很像，对 discriminator （train 一个 binary 的 classifier）来说，这两对资料是混在一起的，那就很难分开，这个问题就很难，在解这个 Optiminzation Problem 的时候，就没有办法让这个 Objective 的值非常地大，所以这个 Objective V 的 Maximum 的值就比较小。