無監督學習與TF2

2021-10-13 21:33:09 字數 1687 閱讀 9693

閱讀antonio gulli《deep learning with tensorflow 2 and keras》second edition 第十章 unsupervised learning筆記

使用tf2能實現哪些無無監督的演算法呢?

可以使用tf2來實現pca、kmeans(之前我們主要使用sklearn來實現的),書本案例的實現方法是通過演算法原理來實現的。

例如pca,首先使用tf.linalg.svd實現svd奇異值拆解,然後實現降維的作用

例如kmeans,首先隨機選擇k個中心點,然後計算點與中心的距離,形成新的團體的中心點,不斷更新實現聚類的過程。

som(self organizing maps)自組織對映是一種基於神經網路的聚類演算法。

som的乙個特點是,隱藏層的節點是有拓撲關係的,即som可以把任意維度的輸入離散化到一維或者二維(更高維度的不常見)的離散空間上。

本次案例中實現對rgb顏色的聚類。

som的主要成分是wtu(winner-take-all unit),神經元採用競爭的方式啟用,每個神經元有乙個權值向量w_i,輸入向量x會啟用與之最接近的神經元(距離dj=tf.sqrt(tf.reduce_sum(tf.pow(w-x)),這個神經元叫做獲勝神經元(winner)。

本質上是使用距離實現聚類,不過和kmeans不同的是在神經元的基礎之上

受限玻爾茲曼機(rbm,restricted boltzmann machine)由多倫多大學的geoff hinton等人提出,它是一種可以用於降維、分類、回歸、協同過濾、特徵學習以及主題建模的演算法

看到三巨頭之一的hinton,就知道是重要的演算法了

rbm本身模型很簡單,只是乙個兩層的神經網路無監督神經網路,因此嚴格意義上不能算深度學習的範疇。

dbn也是hinton在2023年提出的,本質上是對rbm的堆疊。本次案例中對mnist資料集做訓練,優化引數wb後使得能夠自動生成。

變分自編碼器(variational autoencoders)由乙個encoder和乙個decoder組成

(1)autoencoders

看到autoencoders覺得很熟悉,在第九章autoencoders有介紹過,也是乙個encoder,乙個decoder。

autoencoder並不是乙個生成式的模型,它更多的只是一種能夠記住輸入特徵的模型,再用特徵向量來reconstruct輸入,autoencoder更多的是對於已經出現過的模式記憶和重構,對於沒有沒有出現過的模式則無法**。

vae對提取出的feature分布加上限制,規定其是乙個滿足unit normal的分布,在loss中加入kl-divergence,迫使提取的feature接近unit normal。那麼在生成時,從unit normal中隨機取樣的樣本回合之前的訓練資料share一部分資訊,使得生成的sample接近訓練時的實際資料

(2)gan

關於生成,之前有提到過gan生成對抗網路。不過gan只能判斷生成的影象是不是乙個真的影象,很有可能生成乙個看起來像是真實影象卻沒有意義的圖。

vae可以通過編碼解碼的步驟,直接比較重建和原始的差異,但是gan做不到

vae的乙個劣勢就是沒有使用對抗網路,所以會更趨向於產生模糊的

pcakmeans,som,rbm,dbn,vae,gan

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