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深度学习 Deep Learning 第20章 深度生成模型（内容总结）
内容概要
本章详细介绍了多种深度生成模型及其训练方法。这些模型包括玻尔兹曼机（Boltzmann Machines）、受限玻尔兹曼机（RBM）、深度信念网络（DBN）、深度玻尔兹曼机（DBM）以及生成对抗网络（GAN）等模型的结构原理、训练方式及优缺点等。本章还探讨了这些模型在生成数据、表示学习和推理中的应用。同时探讨了生成模型的评估挑战与未来研究方向。
主要内容
经典生成模型
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玻尔兹曼机（Boltzmann Machines）
- 定义：玻尔兹曼机是一种基于能量的模型，通过能量函数定义联合概率分布。
- 训练：通常使用最大似然估计，但由于分区函数的不可计算性，需要使用近似方法（如对比散度或随机最大似然）。
- 应用：适用于二元数据的概率分布建模。
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受限玻尔兹曼机（RBM）
- 结构：RBM是一种二分图结构的玻尔兹曼机，没有隐藏层内的连接。
- 训练：使用对比散度（CD）或随机最大似然（SML）进行训练。
- 应用：广泛用于特征提取和生成模型的构建块。
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深度信念网络（DBN）
- 结构：DBN是一种部分有向模型，由多个RBM堆叠而成。
- 训练：通过逐层贪婪预训练和联合微调（如Wake-Sleep算法）进行训练。
- 应用：在分类任务中表现出色，尤其是在MNIST数据集上。
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深度玻尔兹曼机（DBM）
- 结构：DBM是一种完全无向模型，具有多个隐藏层。
- 训练：使用变分推断和随机最大似然进行训练。
- 应用：适用于复杂的概率分布建模。
现代生成方法
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生成对抗网络（GAN）
- 结构：GAN由生成器和判别器组成，通过对抗训练进行优化。
- 训练：生成器和判别器通过零和博弈进行训练，生成器试图欺骗判别器。
- 应用：在图像生成和风格转换中表现出色。
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变分自编码器（VAE）
- 结构：VAE是一种基于变分推断的生成模型，结合了编码器和解码器。
- 训练：通过最大化变分下界（ELBO）进行训练。
- 应用：在图像生成和数据表示学习中表现出色。
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其他生成模型
- 自回归网络：通过链式法则分解联合概率分布，适用于高维数据的建模。
- 生成随机网络（GSN）：通过马尔可夫链生成样本，适用于复杂的概率分布建模。
总结
第20章详细介绍了多种深度生成模型及其训练方法。这些模型通过不同的策略（如对比散度、变分推断、对抗训练等）来解决复杂的概率分布建模问题。这些技术在深度学习中具有重要意义，特别是在生成数据、表示学习和推理方面。生成模型不仅能够生成高质量的样本，还能提供对数据分布的深刻理解，为AI系统提供了处理不确定性的能力。
精彩语录
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中文：玻尔兹曼机是一种基于能量的模型，通过能量函数定义联合概率分布。
英文原文：Boltzmann machines are energy-based models that define joint probability distributions using an energy function.
解释：这句话强调了玻尔兹曼机的核心思想，即通过能量函数来定义概率分布。 -
中文：受限玻尔兹曼机（RBM）是一种二分图结构的玻尔兹曼机，没有隐藏层内的连接。
英文原文：Restricted Boltzmann Machines (RBMs) are bipartite graph structures of Boltzmann machines with no connections within the hidden layer.
解释：这句话描述了RBM的基本结构及其在建模中的优势。 -
中文：深度信念网络（DBN）通过逐层贪婪预训练和联合微调进行训练。
英文原文：Deep Belief Networks (DBNs) are trained via greedy layer-wise pretraining followed by joint fine-tuning.
解释：这句话说明了DBN的训练方法及其在分类任务中的应用。 -
中文：生成对抗网络（GAN）通过对抗训练优化生成器和判别器。
英文原文：Generative Adversarial Networks (GANs) optimize the generator and discriminator through adversarial training.
解释：这句话总结了GAN的核心思想及其在图像生成中的应用。 -
中文：变分自编码器（VAE）通过最大化变分下界（ELBO）进行训练。
英文原文：Variational Autoencoders (VAEs) are trained by maximizing the evidence lower bound (ELBO).
解释：这句话介绍了VAE的训练方法及其在数据表示学习中的应用。