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在過去的十年中，生成式對抗網絡已經成為人工智能領域的一個流行組成部分。在本次演講中，我們將以一個關于GANs如何工作的簡短教程開始，以及在設計GAN架構時涉及的各種考慮事項。然后，我們將繼續討論一些更流行的GAN架構，并從不同的角度進行討論，包括可解釋性和倫理。最后，我們將討論關于使用GANs的最新進展，包括處理現實世界的問題。

本文推薦來自Krikamol Muandet博士講述《概率分布的希爾伯特空間表示》，136頁ppt系統性講述了希爾伯特空間表示基礎知識和最新進展，非常干貨。

概率分布的希爾伯特空間表示的最新進展

概率分布的希爾伯特空間嵌入最近出現了作為一個強大的機器學習和統計推斷工具。在本教程中，我將介紹分布的希爾伯特空間嵌入的概念，以及它在機器學習、統計推理、因果推理和計量經濟學中的最新應用。本教程的第一部分將重點了解可以概括特征圖的數據點分布的概率分布和這個新的表示允許我們建立強大的算法,如最大平均差異(MMD), Hilbert-Schmidt獨立標準(仿人智能控制),和支持測量機(多發性骨髓瘤)。在第二部分，我將解釋如何推廣這個概念來表示條件分布。條件分布的嵌入擴展了希爾伯特空間嵌入建模更復雜的依賴的能力，在各種應用，如動力系統，馬爾可夫決策過程，強化學習，潛在變量模型，核貝葉斯規則，因果推理。在本教程的最后，我將討論這一研究領域的最新進展，并強調未來可能的研究方向。

生成對抗網絡(GANs)是近年來受到廣泛關注的一類新型的深度生成模型。GANs通過圖像、音頻和數據隱式地學習復雜的高維分布。然而，在GANs的訓練中存在著主要的挑戰。由于網絡結構設計不當，使用目標函數和選擇優化算法，導致模式崩潰，不收斂和不穩定。最近，為了解決這些挑戰，一些更好地設計和優化GANs的解決方案已經被研究，基于重新設計的網絡結構、新的目標函數和替代優化算法的技術。據我們所知，目前還沒有一項綜述特別側重于這些解決辦法的廣泛和系統的發展。在這項研究中，我們進行了一個全面的綜述，在GANs的設計和優化解決方案提出，以處理GANs的挑戰。我們首先確定每個設計和優化技術中的關鍵研究問題，然后根據關鍵研究問題提出新的分類結構解決方案。根據分類，我們將詳細討論每個解決方案中提出的不同GANs變體及其關系。最后，在已有研究成果的基礎上，提出了這一快速發展領域的研究方向。

//arxiv.org/abs/2005.00065

概述

深度生成模型(DGMs)，如受限玻爾茲曼機(RBMs)、深度信念網絡(DBNs)、深度玻爾茲曼機(DBMs)、去噪自編碼器(DAE)和生成隨機網絡(GSN)，最近因捕獲音頻、圖像或視頻等豐富的底層分布和合成新樣本而引起了廣泛關注。這些深度生成模型采用基于馬爾科夫鏈蒙特卡羅(MCMC)的[1][2]算法進行建模。基于MCMC的方法計算訓練過程中梯度消失的對數似然梯度。這是由馬爾科夫鏈產生的樣本生成慢的主要原因，因為它不能足夠快地在模式間混合。另一個生成模型，變分自動編碼器(VAE)，使用帶有統計推理的深度學習來表示潛在空間[3]中的一個數據點，并在難以處理的概率計算的近似過程中體驗復雜性。此外，這些生成模型是通過最大化訓練數據可能性來訓練的，其中基于概率的方法在許多數據集(如圖像、視頻)中經歷了維數的詛咒。此外，在高維空間中，從馬爾可夫鏈進行的采樣是模糊的，計算速度慢且不準確。

為了解決上述問題，Goodfellow等人提出了生成對抗網(GANs)，這是生成模型的另一種訓練方法。GANs是一種新穎的深度生成模型，它利用反向傳播來進行訓練，以規避與MCMC訓練相關的問題。GANs訓練是生成模型和判別模型之間的極小極大零和博弈。GANs最近在生成逼真圖像方面得到了廣泛的關注，因為它避免了與最大似然學習[5]相關的困難。圖1顯示了GANs能力從2014年到2018年的一個進展示例。

GANs是一種結構化的概率模型，它由兩個對立的模型組成:生成模型(Generator (G))用于捕獲數據分布; 判別模型(Discriminator (D))用于估計生成數據的概率，以確定生成的數據是來自真實的數據分布，還是來自G的分布。D和G使用基于梯度的優化技術(同時梯度下降)玩一個兩人極小極大對策，直到納什均衡。G可以從真實分布中生成采樣后的圖像，而D無法區分這兩組圖像。為了更新G和D，由D通過計算兩個分布之間的差異而產生的損失來接收梯度信號。我們可以說，GANs設計和優化的三個主要組成部分如下:(i) 網絡結構，(ii) 目標(損失)函數，(iii)優化算法。

對多模態數據建模的任務，一個特定的輸入可以與幾個不同的正確和可接受的答案相關聯。圖2顯示了具有多個自然圖像流形(紅色)的插圖，結果由使用均方誤差(MSE)的基本機器學習模型實現，該模型在像素空間(即，導致圖像模糊)和GANs所獲得的結果，從而驅動重構向自然圖像流形方向發展。由于GANs的這一優勢，它在許多領域得到了廣泛的關注和應用。

GANs在一些實際任務中表現良好，例如圖像生成[8][9]、視頻生成[11]、域自適應[12]和圖像超分辨率[10]等。傳統的GANs雖然在很多方面都取得了成功，但是由于D和G訓練的不平衡，使得GANs在訓練中非常不穩定。D利用迅速飽和的邏輯損失。另外，如果D可以很容易的區分出真假圖像，那么D的梯度就會消失，當D不能提供梯度時，G就會停止更新。近年來，對于模式崩潰問題的處理有了許多改進，因為G產生的樣本基于少數模式，而不是整個數據空間。另一方面，引入了幾個目標(損失)函數來最小化與傳統GANs公式的差異。最后，提出了幾種穩定訓練的方法。

近年來，GANs在自然圖像的制作方面取得了突出的成績。然而，在GANs的訓練中存在著主要的挑戰。由于網絡結構設計不當，使用目標函數和選擇優化算法，導致模式崩潰，不收斂和不穩定。最近，為了解決這些挑戰，一些更好地設計和優化GANs的解決方案已經被研究，基于重新設計的網絡結構、新的目標函數和替代優化算法的技術。為了研究以連續一致的方式處理GANs挑戰的GANs設計和優化解決方案，本綜述提出了不同GANs解決方案的新分類。我們定義了分類法和子類尋址來構造當前最有前途的GANs研究領域的工作。通過將提出的GANs設計和優化方案分類，我們對其進行了系統的分析和討論。我們還概述了可供研究人員進一步研究的主要未決問題。

本文貢獻：

• GAN新分類法。在本研究中，我們確定了每個設計和優化技術中的關鍵研究問題，并提出了一種新的分類法，根據關鍵研究問題來構造解決方案。我們提出的分類將有助于研究人員增強對當前處理GANs挑戰的發展和未來研究方向的理解。

• GAN全面的調研。根據分類法，我們提供了對各種解決方案的全面審查，以解決GANs面臨的主要挑戰。對于每一種類型的解決方案，我們都提供了GANs變體及其關系的詳細描述和系統分析。但是，由于廣泛的GANs應用，不同的GANs變體以不同的方式被制定、訓練和評估，并且這些GANs之間的直接比較是復雜的。為此，我們進行了必要的比較，總結了相應的方法。他們提出了解決GANs挑戰的新方案。這個調查可以作為了解、使用和開發各種實際應用程序的不同GANs方法的指南。

臺灣交通大學的Jen-Tzung Chien教授在WSDN 2020會議上通過教程《Deep Bayesian Data Mining》介紹了深度貝葉斯數據挖掘的相關知識，涵蓋了貝葉斯學習、深度序列學習、深度貝葉斯挖掘和學習等內容。

Jen-Tzung Chien教授在WSDM 2020的教程《Deep Bayesian Data Mining》（《深度貝葉斯數據挖掘》）介紹了面向自然語言的深度貝葉斯挖掘和學習，包括了它的基礎知識和進展，以及它無處不在的應用，這些應用包括語音識別、文檔摘要、文本分類、文本分割、信息抽取、圖像描述生成、句子生成、對話控制、情感分類、推薦系統、自動問答和機器翻譯等。

從傳統上，“深度學習”被認為是一個學習過程，過程中的推斷和優化都使用基于實數的判別模型。然而，從大量語料中提取出的詞匯、句子、實體、行為和文檔的“語義結構”在數學邏輯或計算機程序中可能不能很好地被這種方式表達或正確地優化。自然語言的離散或連續潛在變量模型中的“分布函數”可能不能被正確分解或估計。

該教程介紹了統計模型和神經網絡的基礎，并聚焦于一系列先進的貝葉斯模型和深度模型，包括層次狄利克雷過程、中國餐館過程、遞歸神經網絡、長短期記憶網絡、序列到序列模型、變分自編碼器、生成式對抗網絡、策略神經網絡等。教程還介紹了增強的先驗/后驗表示。教程展示了這些模型是如何連接的，以及它們為什么適用于自然語言中面向符號和復雜模式的各種應用程序。

變分推斷和采樣被提出解決解決復雜模型的優化問題。詞和句子的嵌入、聚類和聯合聚類被語言和語義約束合并。針對深度貝葉斯挖掘、搜索、學習和理解中的不同問題，一系列的案例研究、任務和應用被提出。最后，教程指出一些未來研究的方向和展望。教程旨在向初學者介紹深度貝葉斯學習中的主要主題，激發和解釋它對數據挖掘和自然語言理解正在浮現的重要性，并提出一種結合不同的機器學習工作的新的綜合方法。

教程的內容大致如下：

• 簡介
  • 動機和背景
  • 概率模型
  • 神經網絡
• 貝葉斯學習
  • 推斷和優化
  • 變分貝葉斯推斷
  • 蒙特卡羅馬爾科夫鏈推斷
• 深度序列學習
  • 深度非展開主題模型
  • 門遞歸神經網絡
  • 貝葉斯遞歸神經網絡
  • 記憶增強神經網絡
  • 序列到序列學習
  • 卷積神經網絡
  • 擴增神經網絡
  • 基于Transformer的注意力網絡
• 深度貝葉斯挖掘和學習
  • 變分自編碼器
  • 變分遞歸自編碼器
  • 層次變分自編碼器
  • 隨機遞歸神經網絡
  • 正則遞歸神經網絡
  • 跳躍遞歸神經網絡
  • 馬爾科夫遞歸神經網絡
  • 時間差分變分自編碼器
  • 未來挑戰和發展
• 總結和未來趨勢

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教程部分內容如下所示：

參考鏈接：

//chien.cm.nctu.edu.tw/home/wsdm-tutorial/

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本課程將涵蓋深度學習中不需要標注數據的兩個領域:深度生成模型和自監督學習。生成模型的最新進展使得對自然圖像、音頻波形和文本語料庫等高維原始數據進行真實建模成為可能。自監督學習的進步已經開始縮小監督表示學習和非監督表示學習之間的差距，本課程將涵蓋這些主題的理論基礎以及它們的新應用。

課程目錄

• 第1a講: 課程安排；
• 第1b講: 課程動機；
• 第1c講: 基于似然的模型 Part I: 自回歸模型
• 第2a講: 基于似然的模型 Part I: 自回歸模型 (ctd)
• 第2b講: 無損壓縮(Lossless Compression)
• 第2c講: 基于似然的模型 Part II: 流模型
• 第3a講：基于似然的模型 Part II：流模型（ctd）
• 第3b講：隱變量模型
• 第4a講：隱變量模型（ctd）（與第3周ppt相同）
• 第5講：隱式模型/生成對抗網絡
• 第六講：非生成性表征學
• 第7a講：非生成表征學習（ctd）
• 第7b講：半監督學習
• 第8講：表征學習+其他問題
• 第9a講：無監督分布對齊
• 第9b講：客座講座：Ilya Sutskever
• 第10a講：無監督分配對齊（ctd）
• 第10b講：客座講座：Durk Kingma
• 第11講：語言模型（Alec Radford）
• 第12a講：無監督的表征學習
• 第12b講：客座講座Alyosha Efros
• 第13a講：待定（TBD）
• 第13b講：客座講座Aaron van den Oord

本文為大家帶來了一份斯坦福大學的最新課程CS236——深度生成模型，目前更新到第一課，感興趣的同學可以多多關注，跟隨學習。

生成式模型被廣泛應用到人工智能和機器學習的諸多領域當中。最近，通過結合隨機梯度下降的優化方法，使用深度神經網絡參數化這些模型所取得的進展，已經使得對于包括圖像，文本和語音在內的復雜，高維度數據建模成為可能。在本次課程中，我們將要學習深度生成式模型的概率基礎和學習算法，包括自動編碼器(AE)的各種變體，生成式對抗網絡，自回歸模型和標準化流模型(normalizing flow models)。本課程還將討論從深度生成式模型中獲益的應用領域，例如計算機視覺，語音，自然語言處理，圖挖掘和強化學習。