分类目录归档:深度学习

自注意力


自注意力(Self-Attention)是一种在深度学习中用于处理序列数据的机制,尤其在自然语言处理(NLP)领域的Transformer架构中得到了广泛应用。以下是关于自注意力的详细介绍:

基本原理

  • 输入表示:将输入序列中的每个元素表示为一个向量,这些向量组成一个矩阵作为自注意力机制的输入。例如,对于一个句子,每个单词可以被表示为一个词向量。
  • 计算注意力分数:对于序列中的每个元素,通过计算它与其他所有元素之间的相似度来确定其对其他元素的关注程度,得到注意力分数。这个相似度通常通过点积或其他函数来计算,然后经过一个 softmax 函数进行归一化,确保所有注意力分数之和为1。
  • 加权求和...

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正余弦编码


正余弦编码(Sinusoidal Positional Encoding)是一种在深度学习中用于向模型提供位置信息的技术,以下是更详细的介绍:

背景

  • 在处理序列数据如自然语言文本、时间序列等时,模型需要理解数据中元素的位置顺序关系。传统的神经网络如循环神经网络(RNN)可以通过其循环结构隐式地学习位置信息,但对于一些基于注意力机制的模型如Transformer,由于其并行计算的特性,需要显式地将位置信息编码后输入模型,正余弦编码就是为满足这一需求而提出的。

原理

  • 生成位置编码向量:对于一个长度为(L)的序列,正余弦编码为序列中的每个位置(pos)((0 \leq pos \leq ...

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前馈网络-


前馈网络(Feedforward Network)是一种最基本的人工神经网络类型,以下是关于它的详细介绍:

基本结构

  • 神经元与节点:前馈网络由多个神经元组成,这些神经元按照不同的层次排列,形成输入层、隐藏层和输出层。相邻层的神经元之间通过有向权重连接,而同一层的神经元之间没有连接。
  • 信息传递方向:信息从输入层开始,依次通过隐藏层,最后传递到输出层,在这个过程中,信息只能单向流动,不存在反向的反馈连接,这也是它被称为前馈网络的原因。

工作原理

  • 输入层接收数据:将外部数据输入到网络中,这些数据可以是图像、文本、音频等各种形式的信息,输入层的每个神经元对应输入数据的一个特征或维度。
  • 隐藏...

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拼接-


在深度学习中,concat通常指的是concatenate(拼接)操作,它是一种将多个张量(Tensor)在指定维度上进行连接的操作,在许多深度学习框架中都有相应的实现,如PyTorch中的torch.cat()函数和TensorFlow中的tf.concat()函数。以下是对concat的详细介绍:

基本原理

  • 维度扩展concat操作沿着指定的维度将多个张量连接在一起,形成一个新的张量。这个新张量在除了连接维度之外的其他维度上的形状与输入张量相同,而在连接维度上的大小是所有输入张量在该维度上大小的总和。

操作示例

  • 以PyTorch为例
import torch

# 定义两个...

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层归一化


层归一化(Layer Normalization,简称LN)是一种深度学习中的归一化技术,常用于神经网络中,以下是对其详细介绍:

基本概念

  • 归一化的必要性:在神经网络训练过程中,随着网络层数的增加,各层的输入分布会发生变化,这可能导致模型训练困难,出现梯度消失或梯度爆炸等问题。归一化技术通过对神经网络每层的输入进行归一化处理,使输入数据的分布更加稳定,从而加速模型训练并提高模型的泛化能力。
  • 层归一化原理:与批归一化(Batch Normalization)不同,层归一化是对神经网络中每一层的所有神经元的输入进行归一化,而不是对一个批次的数据进行归一化。它计算每一层输入的均值和方差,然后...

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多头注意力


多头注意力(Multi-Head Attention)是一种在深度学习领域,特别是自然语言处理(NLP)中广泛应用的注意力机制技术,以下是对其详细介绍:

基本原理

  • 注意力机制基础:注意力机制本质上是一种对输入序列中不同位置的信息进行加权求和的方法,旨在让模型能够聚焦于输入序列中与当前任务最相关的部分。在自然语言处理中,它可以帮助模型理解文本中不同单词或短语的重要性。
  • 多头并行计算:多头注意力通过并行地执行多个不同的注意力头(Attention Head)来扩展注意力机制的能力。每个注意力头都有自己的一组可学习参数,能够从不同的表示子空间中学习到输入序列的不同特征,然后将这些特征组合起来...

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特征解缠


  1. 定义与重要性
  2. 定义:Feature disentanglement(特征解缠)是一种在机器学习和数据分析中非常重要的概念。它旨在将数据中的复杂特征表示分解为多个独立、可解释的部分。例如,在图像数据中,将对象的形状、颜色、纹理等不同特征分离出来,使得每个部分都能清晰地代表一个特定的属性。
  3. 重要性:通过特征解缠,可以更好地理解数据的内在结构。对于生成模型来说,能够生成更具可控性的样本。比如在生成人脸图像时,如果实现了特征解缠,就可以单独控制面部表情、发型、肤色等特征。在可解释性方面,解缠后的特征有助于解释模型的决策过程,因为可以明确每个特征对最终结果的贡献。

  4. 实现方法

  5. 基于变分自编...

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LSGAN


  1. 定义与基本原理
  2. 最小二乘生成对抗网络(Least Squares Generative Adversarial Network,LSGAN)是一种生成对抗网络(GAN)的变体。它的主要目标是通过改变生成器和判别器的损失函数,来提高生成对抗网络的性能。
  3. 在传统GAN中,判别器的任务是区分真实样本和生成样本,生成器的任务是生成能够“欺骗”判别器的样本。LSGAN对这个过程进行了优化,它通过最小化生成样本和真实样本之间的距离(以最小二乘法衡量)来训练模型。

  4. 损失函数

  5. 判别器损失函数:在LSGAN中,判别器的损失函数为(L_D=(D(x)-b)^2+(D(G(z)) - a)^2)。其...

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StarGAN


StarGAN是一种用于多领域图像到图像转换的深度学习架构,以下是关于它的详细介绍:

核心思想

  • 统一模型架构:与以往为每个领域或属性转换都需要单独构建模型的方法不同,StarGAN采用单个生成器和单个判别器来处理所有的领域,大大简化了训练过程,降低了计算负担.
  • 条件生成对抗网络:生成器的生成过程不仅基于输入图像,还取决于目标领域或属性标签,从而实现对图像属性的可控操作,能够在生成图像时根据给定的条件信息来生成具有特定属性的图像.

损失函数

  • 对抗损失: 对抗损失用于促使生成器生成的图像能够尽可能地欺骗判别器,让判别器难以区分生成图像与真实图像,从而使生成器能够学习到生成逼真图像的能力...

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DNN-


  1. 定义
  2. 深度网络(Deep Network),也称为深度神经网络(Deep Neural Network,DNN),是一种包含多个隐藏层的人工神经网络。与浅层神经网络相比,其主要特点是具有较深的网络结构,能够自动从大量数据中学习复杂的模式和特征表示。

  3. 网络结构

  4. 输入层
    • 接收原始数据,数据的形式可以多种多样,如在图像识别任务中,输入层接收图像的像素值,可能是一个二维或三维(RGB通道)的像素矩阵;在自然语言处理任务中,输入可以是文本的词向量或字符编码等。
  5. 隐藏层
    • 深度网络有多个隐藏层,这些隐藏层是网络的核心部分。每个隐藏层由多个神经元组成,神经元之间通过权重连接。神经元的输出通...

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