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[论文理解] IMPROVING THE IMPROVED TRAINING OF WASSERSTEIN GANS: A CONSISTENCY TERM AND ITS DUAL EFFECT

时间:2020-11-08 16:40:40      阅读:16      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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IMPROVING THE IMPROVED TRAINING OF WASSERSTEIN GANS: A CONSISTENCY TERM AND ITS DUAL EFFECT

Intro

本文是对wgan的扩展,通过添加对真实样本周围的gp,使得网络处处gp不仅在真实样本和生成的样本之间能够work,也能在真实样本周围work,从而使得discriminator更加满足Lipschitz连续。在结果上比较意外的是,不仅能够生成相对比较真实的样本,半监督的效果也非常好,在cifar10上,4000个有标签样本的基础上可以达到90+的top 1 acc(这些天做了很多实验,我们的方法也才70+ ~ 80+),还不能达到这个效果,所以感觉还是挺惊叹的。这个结果和badgan其实差不多了,都是80+。

Pros and Cons

对于WGAN,有一个基本的要求是discriminator要满足1-Lipschitz连续,为了满足这一条件,最初的做法是梯度裁剪,但是梯度裁剪却使得网络的拟合能力受限了,有时候也会出现梯度消失的问题。为了解决这一问题,WGAN在接下来的文章中以梯度惩罚项的损失来代替梯度裁剪,具体形式为:

\[GP|_{\hat{x}} = \mathbb{E}_{\hat{x}}[(||\nabla_{\hat{x}}D(\hat{x})||_2 -1)^2] \]

这里\(\hat{x}\)从真实分布和生成的图像分布中sample的样本,因此直接的方式就是对真实样本和生成的样本做线性加权求和。

但是这样做却只保证了判别器在真实样本和生成样本之间连续,没有保证在真实分布上连续。在训练的初始阶段,真实分布和生成分布离得比较远,这时gp其实并没有起左右,而真正gp起作用的时候是训练中后期,当真实分布和生成分布比较接近的时候,因此这也是gp的一个问题。

Approach

对于Lipschitz连续,我们有

\[d(D(x_1), D(x_2)) \leq M \cdot d(x_1, x_2) \]

即存在一个\(M\),对任意\(x\)上式均成立。

为了让discriminator在真实样本附近也是Lipschitz连续的,添加如下损失

\[CT|_{x_1, x_2} = \mathbb{E}_{x_1, x_2} [max(0, \frac{d(D(x_1), D(x_2))}{d(x_1, x_2)}) - M‘] \]

文章也是尝试了各种perturb的方法,起初是对真实样本\(x\)随机加noise,发现会让生成的图像比较模糊,然后也尝试了不同的方法,最终确定为,对同一输入\(x\),对discriminator的中间隐藏层随机dropout,认为dropout后的样本为perturb后的样本,计算两perturb后样本的距离。标记perturb后的样本经过discriminator的结果分别为\(D(x‘)\)\(D(x‘‘)\)

文章假设\(d(x_1, x_2)\)是有界的,根据上面第一条公式,显然可以将超参(常数项)\(M\)\(d\)合并,因此最终的惩罚项变为了:

\[CT|_{x‘, x‘‘} = \mathbb{E}_{x \backsim \mathbb{P}_r} [\max(0, d(D(x‘), D(x‘‘)) + 0.1 \cdot d(D\_{(x‘)}, D_\_{(x‘‘)}) - M‘)] \]

其中\(D_\_\)是从第二层到最后一层均使用dropout的,\(D\)仅仅对中间某一层使用dropout。作者也是实验发现加上这一项效果比较不错。

Experiments

在Mnist和CIFAR10上均很不错(虽然现在大家都在IMAGENET上比了)。

技术图片

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原文地址:https://www.cnblogs.com/aoru45/p/13917271.html

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