我已经有两年 ML 经历，这系列课主要用来查缺补漏，会记录一些细节的、自己不知道的东西。

已经有人记了笔记（很用心，强烈推荐）：https://github.com/Sakura-gh/ML-notes

本节对应笔记：

• https://github.com/Sakura-gh/ML-notes/blob/master/ML-notes-md/22_Unsupervised%20Learning%20Deep%20Auto-encoder.md

1. Auto-encoder 思想是，对数据进行压缩；此外，要有一个 Decoder 来把数据解压。Encoder 与 Decoder 在一起训练。
2. 从 PCA 开始介绍起。可见【李宏毅2020 ML/DL】P57 Unsupervised Learning - Linear Methods | PCA & Matrix Factorization。
3. 开始介绍 Deep Auto-encoder ，2006年的成果。
4. 用在文字处理上Auto-encoder Text Retrieval。
5. 此外，也可用在图像搜索上Similar Image Search。
6. 还可以用在预训练神经网络上Pre-training DNN。这个方法可能很适用于半监督学习。
7. 此外，还有一些加噪的编码方法De-noising auto-encoder，还提及了Contractive auto-encoder。
8. 还提及了 Restricted Boltzmann Machine 以及 Deep Belief Network，见 Learn More 。
9. 最后详细介绍了 CNN 。介绍了很有趣的去卷积，发现去卷积其实就是卷积。
10. 最后进行思考，我们是否可以用 Decoder 来产生新的东西？

文章目录

• 本节内容综述
• 小细节
• • • Deep Auto-encoder
    • Auto-encoder Text Retrieval
    • • Bag-of-word
    • Auto-encoder Similar Image Search
    • Auto-encoder Pre-training DNN
    • De-noising auto-encoder
    • Learn More
    • CNN as Encoder
    • • Unpooling
      • Deconvolution
    • Next...

Deep Auto-encoder

此外，注意到可以按照 PCA的思路，将 Encoder 与 Decoder 的参数一一对应。这可以通过为二者赋同样的初值得到。并且，还需要设置同样的更新过程，这样可以节省一半的参数，降低过拟合的概率。

但是这并不是必要的。

来看一篇 2006 年的论文成果。

如图，使用了 Deep Auto-encoder ，可以解码会很清晰的图片。

如图，使用了深层的编码，即便是2维的编码，其聚类效果也是很好的。

Auto-encoder Text Retrieval

Bag-of-word

如果这个词出现过，在词袋（一个词袋可能表示一篇文章）中，就是1，否者是0。

如上，使用 Auto-encoder 效果远好于 LSA 。

Auto-encoder Similar Image Search

如上，直接算像素插值，找不到好结果。

如上，如果经过编码，会找到比较同类的结果。

Auto-encoder Pre-training DNN

如上图右边，要注意，可能需要对编码的层进行一个大的正则（当编码层维度大于被编码对象时）。

如上，然后保存住这个网络的参数。训练下一层。

如上，再训练长度为 500 的这一层。

之后，再通过反向传播微调就行。

注意：

• 现在可能已经不太需要使用这个预训练技术了（因为机器条件好了）；
• 但是如果有大量无标签数据和少量标签数据，我们可以通过无标签数据进行预训练。

因此，这个方法可能更适于半监督学习。

De-noising auto-encoder

如图，在输入时，加入一些噪声，这样，神经网络就会学到一些去噪的技巧。

此外，还提到了Contractive auto-encoder，在编码时，做个约束，目的是加了噪声编码还能不变。而De-noising 是为了解码后还能还原。

Learn More

上述两个，都不是神经网络。李老师不准备在本课程中展开。

CNN as Encoder

如图，怎么做去卷积层(Deconvolution)和去池化层(Unpooling)呢？

Unpooling

如上，做 Unpooling 的前提是，要记得Pooling在哪里取的值。

但是，在 Keras 里没有记录这些位置，直接做了重复值。

Deconvolution

其实 Deconvolution 就是 convolution 。

老师先拿一维的卷积举例子。很巧妙。因此，在Keras里甚至直接使用卷积层就行。

Next…

如图，我们做了一个二维的 code ，在红色框框里取样；发现左上角”四不像“，因为红色框框左上角确实没有东西。

我们还可以对 code 加 L2 正则，以限制 code 产生在原点附近。

如上，发现两个维度其实是意义的：

• 从左到右，是否有圈圈；
• 从上到下则表示是否倾斜。