一、模式坍塌(Mode collapse)

GAN的模式崩溃问题,本质上还是GAN的训练优化问题,理论上说,如果GAN可以收敛到最优的纳什均衡点,那模式崩溃的问题便自然得到解决。举例如下图,红线代表生成数据的概率密度函数,而蓝线代表训练数据集的概率密度函数,本来红线只有一个模式,也就是生成器几乎只会产生一种样本,而在理论上的最优解中,红线与蓝线重合,这时候在生成器中采样自然能几乎得到三种样本,与训练集的数据表现为一致。
【Generative Adversarial Nets优化】 解决模式坍塌 (Mode collapse)的思路二:改进网络架构
当然,实际中几乎不会达到全局最优解,我们看似收敛的GAN其实只是进入了一个局部最优解。

放弃寻找更优的解,只在GAN的基础上,显式地要求GAN捕捉更多的模式(如下图所示),虽然红线与蓝线的相似度并不高,但是“强制”增添了生成样本的多样性,而这类方法大都直接修改GAN的结构。
【Generative Adversarial Nets优化】 解决模式坍塌 (Mode collapse)的思路二:改进网络架构

二、MAD-GAN

要介绍的MAD-GAN及其变体便是改进网络架构的代表之一
它的核心思想是这样的:即使单个生成器会产生模式崩溃的问题,但是如果同时构造多个生成器,且让每个生成器产生不同的模式,则这样的多生成器结合起来也可以保证产生的样本具有多样性,如下图的3个生成器:
【Generative Adversarial Nets优化】 解决模式坍塌 (Mode collapse)的思路二:改进网络架构
需要说明一下,简单得添加几个彼此孤立的生成器并无太大意义,它们可能会归并成相同的状态,对增添多样性并无益处,例如下图的3个生成器:
【Generative Adversarial Nets优化】 解决模式坍塌 (Mode collapse)的思路二:改进网络架构
理想的状态是:多个生成器彼此“联系”,不同的生成器尽量产生不相似的样本,而且都能欺骗判别器。

在MAD(Multi-agent diverse)GAN中,共包括k个初始值不同的生成器和1个判别器,与标准GAN的生成器一样,每个生成器的目的仍然是产生虚假样本试图欺骗判别器。对于判别器,它不仅需要分辨样本来自于训练数据集还是其中的某个生成器(这仍然与标准GAN的判别器一样),而且还需要驱使各个生成器尽量产生不相似的样本。

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