深度学习基础(四)—— RBM(受限波尔滋曼机)

如果神经网络的初值选取的不好的话,往往会陷入局部最小值。实际应用表明,如果把 RBM 训练得到的权值矩阵和 bias 作为 BP 神经网络的初始值,得到的结果会非常好。其实,RBM 最主要的用途还是用来降维

  • (1)RBM 属于 unsupervised learning

    用于非监督学习的神经网络主要有以下三个:

    • RBM
    • Autoencoders
    • sparse coding model
  • (2)RBM 网络共有两层,Visible Layer Hidden Layer

  • (3)deep learning 中一个重要网络结构 DBN,便是由 RBM 网络叠加而成(Autoencoder ⇒ Stacked Autoencoder),

就像模拟退火算法,RBM 也是一个受物理学启发而提出的模型。

一个事物有相应的稳态,如在一个碗内的小球会停留在碗底,即使受到扰动偏离了碗底,在扰动消失后,它会回到碗底。学过物理的人都知道,稳态是它势能最低的状态。因此稳态对应与某一种能量的最低状态。将这种概念引用到 Hopfield 网络中去,Hopfield 为此构造了一种能量函数的定义。这是他所作的一大贡献。引进能量函数概念可以进一步加深对这一类动力系统性质的认识,可以把求稳态变成一个求极值与优化的问题,从而为 Hopfield 网络找到一个解优化问题的应用。

RBM网络共有 2 层,

  • 其中第一层称为可视层(visible units),一般来说是输入层,
  • 另一层是隐含层(hidden units),也就是我们一般指的特征提取层。

在一般的文章中,都把这2层的节点看做是二值(binary)的,也就是只能取0或1,当然了,RBM中节点是可以取实数值的,这里取二值只是为了更好的解释各种公式而已。设计一个网络结构后,接下来就应该想方设法来求解网络中的参数值。而这又一般是通过最小化损失函数值来解得的。那么在RBM网络中,

  • 我们的损失函数的表达式是什么呢,
  • 损失函数的偏导函数又该怎么求呢?

energy function

这里写图片描述

  • (1)Energy function

    E(x,h)=hTWxcTxbTh

  • (2)distribution

    p(x,h)=eE(x,h)Z=ehTWxecTxebTh/Z

inference

这里写图片描述

  • (1) p(h|x)

    p(h|x)=jp(hj|x)p(hj|x)=11+exp((bj+Wjx))=sigm(bj+Wjx)

这里写图片描述

  • (2)p(x|h)

    p(x|h)=kp(xk|h)p(xk|h)=11+exp((ck+hTWk))=sigm(ck+hTWk)

Free Energy

p(x)=h{0,1}Hp(x,h)=expcTx+j=1Hlog(1+exp(bj+Wjx))/Z=exp(F(x))/Z



F(x) 即为 Free Energy;

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风君子

独自遨游何稽首 揭天掀地慰生平

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