隐空间-AI的思考方式

不可观测变量 我们感知现实中的世界,通常是通过眼耳鼻舌身做到的。通过感知后,我们的大脑将这些信息进行处理,使我们能够理解和认知现实世界中的事物。这种能够被我们器官感知的世界我们称之为可观测世界,我们能

越擅长操作隐空间向量,就越能生成NB的创作。

不可观测变量

我们感知现实中的世界,通常是通过眼耳鼻舌身做到的。通过感知后,我们的大脑将这些信息进行处理,使我们能够理解和认知现实世界中的事物。这种能够被我们器官感知的世界我们称之为可观测世界,我们能感知到的各种事物的特性称之为可观测特征。

但是,我们并不能总是能通过观测的特性得出结论,比如我们要对一个学生的学术表现进行评估,我们可以观测到学生的考试成绩、作业成绩、课堂表现等数据,比如学习能力、专注度、学习动机等。这些潜在因子是无法直接观测到的te’z

隐空间-AI的思考方式

隐空间

通常来说,一个事务会包含成千上万个可观测特征,如果我们希望机器描述它,可能需要构建成千上万的向量,比如仅一张512512像素RGB图片中的数据量(512512*3)就需要786432个数表示。这主要带了两方面的缺点:

一个是带了高昂的计算资源消耗,另一个是不容易高度概括一个事物。

所以,现实情况下,我们需要找到一种模式来简化事物的特征表示。隐空间就是这种模式表示下的产物。它不在直接使用可观测的变量描述事物,而是使用可观测变量映射后的隐变量来表示事物。这些隐变量构成的维度空间就叫作隐空间。

隐空间-AI的思考方式

“隐空间”在机器学习中极其重要,是“深度学习”的核心。它的本质就是数据压缩,去除冗余保留核心。

隐空间-AI的思考方式

大部分无监督的模型中,训练和预测都是在隐空间中进行的,可见隐空间的重要程度。这里还会涉及到压缩数据的恢复过程。

隐空间的特性

使用空间,可以产生下面几个效果:

发现隐藏模式和规律

隐变量可以帮助模型学习数据中的抽象特征和潜在结构,提取数据中的有用信息。通过学习隐变量表示,模型可以发现数据中的隐藏模式和规律,提高模型对数据的理解和表达能力。

数据去噪和补全

隐变量可以帮助模型对数据进行去噪和补全,提高数据的质量和完整性。通过学习数据的隐变量表示,模型可以识别和过滤数据中的噪声,同时根据已有数据推断缺失数值,实现数据的补全和恢复。

迁移学习和泛化能力

隐变量表示可以帮助模型实现迁移学习,将在一个任务中学习到的知识和特征迁移到另一个任务中。通过共享隐变量表示,模型可以提高泛化能力,适应不同任务和数据集的变化。

提高模型的可解释性:

隐变量可以提高模型的可解释性。在某些情况下,我们可以使用隐变量来解释数据中的潜在因素。例如,在图像处理中,我们可以使用隐变量来描述图像中的对象,从而更好地理解图像的内容。通过使用隐变量,我们可以将模型的输出解释为潜在因素的组合,从而更好地理解模型的预测结果。

通过隐空间的这些特质,可以很容易得概况一类事物,从而进行计算预测。这也是隐空间的意义。

隐空间-AI的思考方式

比如,两只只狗趴在电梯门口,在潜空间中两只狗的数据被压缩成[0.4, 0.5] 和 [0.45, 0.45],而电梯被压缩成[0.9, 1.05],若放在二维的坐标系中,两个数值分别代表X坐标值和Y坐标值,那么很明显两只狗的点位更接近,“狗”的规律也就浮现出来了。虽然,此时机器仍然不知道这东西叫“狗”,但它却知道这两个东西是一类的东西!

另外通过上面的例子我们很明显感觉到数据的高度抽象概况,虽然不是自然语言,但它具备模型的可解释性,很类似哲学意义上的归纳总结。

数据压缩的方法主要是空间映射,以下两张图分别为从二维降维到一维、从三维降维到二维的过程。

隐空间-AI的思考方式

在这个例子中,训练内容就是让 encoded dimension 1 坐标轴的斜率发生微调,调整到最优的状态。

隐空间-AI的思考方式

这个问题是求一个最佳平面。

隐空间映射的方法

在实际的应用中,隐空间的维度很有讲究,几维最合理,实际上要根据具体的问题来做调整的,维度过高没有区分度,会产生过拟合,维度过低信息丢失过多,产生拟合不到位。

  1. 潜在语义分析(Latent Semantic Analysis, LSA) :用于文本数据的降维和语义分析,通过学习文档和词语之间的潜在语义关系,将文本数据映射到一个低维的语义空间。
  2. 潜在狄利克雷分配(Latent Dirichlet Allocation, LDA) :一种用于主题建模的生成模型,假设文档由多个主题组成,每个主题又由一组词语表示,通过学习文档和词语的分布关系,推断文档的主题结构。
  3. 自动编码器(Autoencoder) :一种神经网络模型,通过编码器将输入数据映射到隐空间表示,再通过解码器将隐空间表示映射回原始数据空间,实现数据的降维和特征提取。
  4. 变分自动编码器(Variational Autoencoder, VAE) :一种生成模型,结合了自动编码器和变分推断的思想,通过学习数据的潜在分布,实现对数据的生成和随机采样。
  5. 生成对抗网络(Generative Adversarial Network, GAN) :一种生成模型,由生成器和判别器组成,通过博弈的方式学习数据的分布,生成逼真的样本数据。

参考: towardsdatascience.com/understandi…

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