训练完(稀疏)自编码器,我们还想把这自编码器学到的函数可视化出来,好弄明白它到底学到了什么。我们以在10×10图像(即n=100)上训练自编码器为例。在该自编码器中,每个隐藏单元i对如下关于输入的函数进行计算:

可视化自编码器训练结果

我们将要可视化的函数,就是上面这个以2D图像为输入、并由隐藏单元i计算出来的函数。它是依赖于参数可视化自编码器训练结果的(暂时忽略偏置项bi)。需要注意的是,可视化自编码器训练结果可看作输入可视化自编码器训练结果的非线性特征。不过还有个问题:什么样的输入图像可视化自编码器训练结果可让可视化自编码器训练结果得到最大程度的激励?(通俗一点说,隐藏单元可视化自编码器训练结果要找个什么样的特征?)。这里我们必须给可视化自编码器训练结果加约束,否则会得到平凡解。若假设输入有范数约束可视化自编码器训练结果,则可证(请读者自行推导)令隐藏单元可视化自编码器训练结果得到最大激励的输入应由下面公式计算的像素可视化自编码器训练结果给出(共需计算100个像素,j=1,…,100):

可视化自编码器训练结果

当我们用上式算出各像素的值、把它们组成一幅图像、并将图像呈现在我们面前之时,隐藏单元可视化自编码器训练结果所追寻特征的真正含义也渐渐明朗起来。

假如我们训练的自编码器有100个隐藏单元,可视化结果就会包含100幅这样的图像——每个隐藏单元都对应一幅图像。审视这100幅图像,我们可以试着体会这些隐藏单元学出来的整体效果是什么样的。


当我们对稀疏自编码器(100个隐藏单元,在10X10像素的输入上训练 )进行上述可视化处理之后,结果如下所示:

可视化自编码器训练结果

可视化自编码器训练结果

上图的每个小方块都给出了一个(带有有界范数 的)输入图像可视化自编码器训练结果,它可使这100个隐藏单元中的某一个获得最大激励。我们可以看到,不同的隐藏单元学会了在图像的不同位置和方向进行边缘检测。

显而易见,这些特征对物体识别等计算机视觉任务是十分有用的。若将其用于其他输入域(如音频),该算法也可学到对这些输入域有用的表示或特征。


中英文对照


可视化 Visualizing

自编码器 Autoencoder

隐藏单元 hidden unit

非线性特征 non-linear feature

激励 activate

平凡解 trivial answer

范数约束 norm constrained

稀疏自编码器 sparse autoencoder

有界范数 norm bounded

输入域 input domains

 

本文转自 :http://deeplearning.stanford.edu/wiki/index.php/%E5%8F%AF%E8%A7%86%E5%8C%96%E8%87%AA%E7%BC%96%E7%A0%81%E5%99%A8%E8%AE%AD%E7%BB%83%E7%BB%93%E6%9E%9C

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