NOTEBOOK

文章从连续情形出发开始介绍重参数，主要的例子是正态分布的重参数；然后引入离散分布的重参数，这就涉及到了Gumbel Softmax，包括Gumbel Softmax的一些证明和讨论；最后再讲讲重参数背后的一些故事，这主要跟梯度估计有关。 基本概念 重参数（Reparameterization） 实际上是处理如下期望形式的目标函数的一种技巧： \[L_{\theta}=\mathbb{E}_{z\sim p_{\theta}(z)}[f(z)]\tag{1}\] 这样的目标在VAE中会出现，在文本GAN也会出现，在强化学习中也会出现（ \(f(z)\) 对应于奖励函数），所以深究下去，我们会经常碰到这样的目标函数。取决于 \(z\) 的连续性，它对应不同的形式： \[\int p_{\theta}(z) f(z)dz\,\,\,\text{(连续情形)}\qquad\qquad \sum_{z} p_{\theta}(z) f(z)\,\,\,\text{(离散情形)}\tag{2}\] 当然，离散情况下我们更喜欢将记号 \(z\) 换成 \(y\) 或者 \(c\) 。 为了最小化...

softmax初探 在机器学习尤其是深度学习中，softmax是个非常常用而且比较重要的函数，尤其在多分类的场景中使用广泛。他把一些输入映射为0-1之间的实数，并且归一化保证和为1，因此多分类的概率之和也刚好为1。 首先我们简单来看看softmax是什么意思。顾名思义，softmax由两个单词组成，其中一个是max。对于max我们都很熟悉，比如有两个变量a,b。如果a>b，则max为a，反之为b。用伪码简单描述一下就是 if a > b return a; else b。 另外一个单词为soft。max存在的一个问题是什么呢？如果将max看成一个分类问题，就是非黑即白，最后的输出是一个确定的变量。更多的时候，我们希望输出的是取到某个分类的概率，或者说，我们希望 分值大的那一项被经常取到，而分值较小的那一项也有一定的概率偶尔被取到 ，所以我们就应用到了soft的概念，即最后的输出是每个分类被取到的概率。 softmax的定义 假设有一个数组 $V$ ， $V_i$ 表示 $V$ 中的第i个元素，那么这个元素的softmax值为:...

Dropout的运作方式 在神经网络的训练过程中，对于一次迭代中的某一层神经网络，先随机选择中的一些神经元并将其临时隐藏(丢弃)，然后再进行本次训练和优化。在下一次迭代中，继续随机隐藏一些神经元，如此直至训练结束。由于是随机丢弃，故而每一个minibatch都在训练不同的网络。 在训练时，每个神经单元以概率 𝑝 被保留(Dropout丢弃率为 1−𝑝 )；在预测阶段（测试阶段），每个神经单元都是存在的，权重参数 𝑤 要乘以 𝑝 ，输出是： 𝑝𝑤 。示意图如下： 预测阶段需要乘上 p 的原因： 前一层隐藏层的一个神经元在dropout之前的输出是 x ，训练时dropout之后的期望值是 E=px+0(1−p) ; 在预测阶段该层神经元总是激活，为了保持同样的输出期望值并使下一层也得到同样的结...

池化： 池化函数使用某一位置的相邻输出的总体统计特征来代替网络在该位置的输出。本质是 降采样，可以大幅减少网络的参数量。 常用的池化有：均值池化（mean pooling）、最大池化（max pooling）。 pooling操作没有参数量！！！ 下面来说说这两种池化的区别与作用： 均值池化 主要用来抑制邻域值之间差别过大，造成的方差过大。 如，输入（2,10），通过均值池化后是（6）， 对于输入的整体信息保存的很好，在计算机视觉中：因为一般前景的值大于背景，并且背景较多，所以对背景的保留效果好 反传 mean pooling的前向传播就是把一个patch中的值求取平均来做pooling，那么反向传播的过程也就是把某个元素的梯度等分为n份分配给前一层，这样就保证池化前后的梯度（残差）之和保持...

1.深度学习偏置的作用？ 我们在学深度学习的时候，最早接触到的神经网络应该属于感知器（感知器本身就是一个很简单的神经网络，也许有人认为它不属于神经网络，当然认为它和神经网络长得像也行） 要想激活这个感知器，使得 y=1 ，就必须使 x_1w_1 + x_2w_2 +....+x_nw_n T （ T 为一个阈值），而 T 越大，想激活这个感知器的难度越大，人工选择一个阈值并不是一个好的方法，因为样本那么多，我不可能手动选择一个阈值，使得模型整体表现最佳，那么我们可以使得T变成可学习的，这样一来， T 会自动学习到一个数，使得模型的整体表现最佳。当把T移动到左边，它就成了偏置， x_1w_1 + x_2w_2 +....+x_nw_n T 0 xw +b 0 ，总之，偏置的大小控制着激活这个感...

一般来说，神经网络处理的东西都是连续的浮点数，标准的输出也是连续型的数字。但实际问题中，我们很多时候都需要一个离散的结果，比如分类问题中我们希望输出正确的类别，“类别”是离散的，“类别的概率”才是连续的；又比如我们很多任务的评测指标实际上都是离散的，比如分类问题的正确率和F1、机器翻译中的BLEU，等等。 还是以分类问题为例，常见的评测指标是正确率，而常见的损失函数是交叉熵。交叉熵的降低与正确率的提升确实会有一定的关联，但它们不是绝对的单调相关关系。换句话说，交叉熵下降了，正确率不一定上升。显然，如果能用正确率的相反数做损失函数，那是最理想的，但正确率是不可导的（涉及到 [Math] 等操作），所以没法直接用。 这时候一般有两种解决方案；一是动用强化学习，将正确率设为奖励函数，这是“用牛刀杀...

本文仅对一些常见的优化方法进行直观介绍和简单的比较，各种优化方法的详细内容及公式只好去认真啃论文了，在此我就不赘述了。 SGD 此处的SGD指minibatch gradient descent，关于batch gradient descent, stochastic gradient descent, 以及 minibatch gradient descent的具体区别就不细说了。现在的SGD一般都指minibatch gradient descent。 SGD就是每一次迭代计算minibatch的梯度，然后对参数进行更新，是最常见的优化方法了。即： [公式] 其中， [Math] 是学习率， g_t 是梯度 SGD完全依赖于当前batch的梯度，所以 [Math] 可理解为允许当前bat...

如何计算RF 公式一：这个算法从top往下层层迭代直到追溯回input image，从而计算出RF。 [公式] 其中，RF是感受野。RF和RF有点像，N代表 neighbour，指的是第n层的 a feature在n1层的RF，记住N_RF只是一个中间变量，不要和RF混淆。 stride是步长，ksize是卷积核大小。

最近，似乎现在每个大型语言模型（LLM）和新闻中提到的复杂神经网络架构都使用略有不同的激活函数，而就在几年前，最常见的做法只是在神经网络的内部层中使用 ReLU。 曾经优秀的 ReLUs 怎么了，以及是什么促使最新的大型语言模型（LLMs）的创造者们开始使用不同的（更高级的）激活函数？ Threshold activation (Perceptron) 1957 年，罗森布拉特建造了“感知机” 最古老的激活函数是基本感知器。它由芝加哥大学精神病学系的爱德华·麦克洛奇和沃尔特·皮茨构思，后来由弗兰克·罗森布拉特在 1957 年于康奈尔航空实验室为美国海军在硬件上更著名地实现了。该算法非常简单，其基本规则是：如果某个值超过某个阈值，则返回 1，否则返回 0。有些变体会返回 1 或1。 由于其二元...

现代深度学习库对大多数操作都具有生产级的、高度优化的实现，这并不奇怪。但这些库究竟是什么魔法？他们如何能够将性能提高100倍？究竟怎样才能“优化”或加速神经网络的运行呢？在讨论高性能/高效DNNs时，我经常会问(也经常被问到)这些问题。 在这篇文章中，我将尝试带你了解在DNN库中卷积层是如何实现的。它不仅是在模型中最常见的和最重的操作，我还发现卷积高性能实现的技巧特别具有代表性——一点点算法的小聪明，非常多的仔细的调优和低层架构的开发。 我在这里介绍的很多内容都来自Goto等人的开创性论文：Anatomy of a highperformance matrix multiplication，该论文为OpenBLAS等线性代数库中使用的算法奠定了基础。 最原始的卷积实现 “过早的优化是万恶之源...

引言与背景 随机逼近（Stochastic Approximation）是一类用于求解寻根或优化问题的随机迭代算法，其特点是不需要知道目标函数或其导数的表达式。 随机逼近的核心优势在于： 能够处理带有随机噪声的观测数据 不需要目标函数的解析表达式 可以在线学习，每获得一个新样本就更新估计值 均值估计问题 考虑一个随机变量 X ，其取值来自有限集合 [Math] 。我们的目标是估计 E[X] 。假设我们有一个独立同分布的样本序列 \{x_i\}_{i=1}^n ，那么 X 的期望值可以近似为： [公式] 非增量方法与增量方法 非增量方法：先收集所有样本，然后计算平均值。缺点是如果样本数量很大，可能需要等待很长时间。 增量方法：定义 [公式] 可以推导出递归公式： [公式] 这个算法可以增量式地...

通过卷积和池化等技术可以将图像进行降维，因此，一些研究人员也想办法恢复原分辨率大小的图像，特别是在语义分割领域应用很成熟。 1、Upsampling（上采样）[没有学习过程] 在FCN、Unet等网络结构中，涉及到了上采样。上采样概念：上采样指的是任何可以让图像变成更高分辨率的技术。最简单的方式是重采样和插值：将输入图片进行rescale到一个想要的尺寸，而且计算每个点的像素点，使用如双线性插值等插值方法对其余点进行插值来完成上采样过程。 在PyTorch中，上采样的层被封装在torch.nn中的Vision Layers里面，一共有4种： PixelShuffle Upsample UpsamplingNearest2d UpsamplingBilinear2d 0）PixelShuffl...