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ਖ਼نԽྲྀ ʲมͷྫʳ ग़యɿ“Variational Inference with Normalizing Flows”, Danilo J. Rezende
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p(X, Z) = N ∏ n=1 p(xn |zn )p(zn ) x ℱ[q] = q(z) [ln q(z) − ln p(x, z)] = q0 (z0 ) [ln qK (zK ) − ln p(x, zK )] = q0 (z0 ) [ln q0 (z0 )] − Eq0 (z0 ) [ln p(x, zK )] − Eq0 (z0 ) K ∑ k=1 ln det ( ∂fk ∂zk−1 ) -
ਖ਼نԽྲྀ ʲมਪ๏ͷద༻ʳ ɹ7"&ʹద༻͢Δ߹ɼॳظΛҎԼͷΑ͏ʹ͢Δɽ ਖ਼نԽྲྀͷύϥϝʔλ //ͷग़ྗΛ༻͍Δ͜ͱ͕Ͱ͖ΔɽΤϯίʔμΛͬͯޮ తʹજࡏมશମͷۙࣅΛֶश͠ɼਖ਼نԽྲྀͰෳࡶͳʹม͢Δ͜ͱͰɼਫ਼ ͷߴ͍ۙࣅΛߦ͏͜ͱ͕ՄೳͱͳΔɽ q0
(z0 ) = (z|m(x; ψ), diagm(v(x; ψ))) λ ग़యɿ“Variational Inference with Normalizing Flows”, Danilo J. Rezende and Shakir Mohamed., ICML, 2015 normalizing flow -
ਖ਼نԽྲྀ ʲมਪ๏ͷద༻ʳมΤωϧΪʔͷಋग़ qK (zK
) = q0 (z0 ) K ∏ k=1 det ( ∂fk ∂zk ) −1 ln qK (zK ) = ln q0 (z0 ) + K ∑ k=1 ln det ( ∂fk ∂zk ) −1 = ln q0 (z0 ) − K ∑ k=1 ln det ( ∂fk ∂zk ) ℱ[q] = − ℒ[q] = − ∫ q(z)ln p(x, z) q(z) dz = ∫ q(z)ln q(z) p(x, z) dz = q(z) [ln q(z) − ln p(x, z)] = ∫ q0 (z0 )ln qK (zK ) p(x, zK ) dz = q0 (z0 ) [ln qK (zK ) − ln p(x, zK )] ( ∵ normalizing flow) = q0 (z0 ) ln q0 (z0 ) − K ∑ k=1 ln det ( ∂fk ∂zk ) − ln p(x, zK ) = q0 (z0 ) [ln q0 (z0 )] − q0 (z0 ) [ln p(x, zK )] − q0 (z0 ) K ∑ k=1 ln det ( ∂fk ∂zk−1 ) -
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ɹɹɹɹɹɹɹɹɹɹɹҰํɼ֊มϞσϧɾɾɾʁ Z = {z1 , …, zM } qMF qMF (Z; λ) = M ∏ m=1 q(zm ; λm ) λ ֊มϞσϧ ɹิॿજࡏม๏ͱݺΕ͍ͯΔɽมϞσϧͷҰछͰɼۙࣅΛ֊Խ͢ Δ͜ͱʹΑΓෳࡶͳۙࣅΛදݱͰ͖ΔΑ͏ʹ֦ுͨ͠ͷɽ w w w -
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֊มϞσϧ ʲมࣄલͷྫʳ ɹมϞσϧͱͯ͠ΨεաఔΛ༻͍Δ͜ͱՄೳɽ มΨεաఔ ɹ มσʔλͱ͍͏มΨεաఔͷͨΊͷٖࣅతͳೖग़ྗσʔλɽมσʔλͱ ڞࢄؔͷύϥϝʔλ ͕มΨεաఔʹ͓͚ΔมύϥϝʔλͰɼ&-#0ʹجͮ
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ਪఆ͢Δ͜ͱͰԼքͷܭࢉΛߦ͏ɽ ɹີਪఆث ʹɼύϥϝʔλΛ ͱͨ͠ඍՄೳͳχϡʔϥϧωοτ ϫʔΫͳͲͷճؼϞσϧΛબ͞ΕΔɽ q (xn ) ⟹ ℒ(ψ, ξ) −ln q (xn ) ℒ(ψ, ξ) = qξ (θ) [ln p(θ) − ln qξ (θ)] + N ∑ n=1 qξ (θ)qψ (zn |xn ,θ) [ ln p(xn , zn |θ) qψ, (xn , zn |θ) ] + c ropt. (xn , zn , θ|η) = ln p(xn , zn |θ) qψ, (xn , zn |θ) r(xn , zn , θ|η) η -
ඇ໌ࣔతϞσϧͱͳ͠มਪ๏ ʲͳ͠มਪ๏ʳ ɹີਪఆثͷֶशͷྫͱͯ͠ɼదਖ਼είΞنଇʹج͍ͮͨଛࣦؔΛ༻͢Δ͜ͱ ͕ڍ͛ΒΕΔɽ ɹɹɹɹɹɹɹɹɹ ͕ ͔Βͷαϯϓϧʹରͯ͠ɼ ͔Βͷαϯϓϧʹରͯ͠Λฦ͢ͱ
͖ɼ ΛͱΔɽ ɹͭ·Γɼີਪఆث ͓Αͼ ͔ΒͷαϯϓϧͷΈͬͯɼ ͷ ͷ ޯʹؔ͢ΔෆภਪఆྔΛಘΔ͜ͱʹΑΓֶशͰ͖Δɽ r J(η) = p(xn ,zn |θ) [−ln Sig(r(xn , zn , θ|η))] +qψ (xn ,zn |θ) [−ln{1 − Sig(r(xn , zn , θ|η))}] Sig(r(xn , zn , θ|η)) p q J(η) = 0 r(xn , zn , θ|η) xn zn J(η) η -
ඇ໌ࣔతϞσϧͱͳ͠มਪ๏ ʲͳ͠มਪ๏ʳ ɹΑͬͯɼ࠷େԽ͢ΔతؔҎԼͷΑ͏ʹͳΔɽ ɹ ɹ࠶ύϥϝʔλԽޯΛͬͯɼ ͓Αͼ ΛαϯϓϦϯάͯ͠ɼมύϥϝʔλ ͓ Αͼʹؔ͢ΔޯͷۙࣅΛಘΔɽ
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ඇ໌ࣔతϞσϧͱͳ͠มਪ๏ ʲͳ͠มਪ๏ʳతؔͷಋग़ ln p(X,
Z, θ) = ln p(X, Z|θ)p(θ) = ln p(X, Z|θ) + ln p(θ) = N ∑ n=1 ln p(xn , zn |θ) + ln p(θ), ln qψ,ξ (Z, θ|X) = ln qξ (θ) + N ∑ n=1 ln qψ (zn |xn , θ), ℒ(ψ, ξ) = ∫ ∫ qψ,ξ (Z, θ|X)ln p(X, Z, θ) qψ,ξ (Z, θ|X) dZdθ = qψ,ξ (Z,θ|X) [ln p(X, Z, θ) − ln qψ,ξ (Z, θ|X)] = qξ (θ)qψ (Z|X,θ) [ln p(X, Z|θ) + ln p(θ) −ln qξ (θ) − ln qψ (Z|X, θ)] = qξ (θ)qψ (Z|X,θ) [ln p(θ) − ln qξ (θ)] +qξ (θ)qψ (Z|X,θ) [ln p(X, Z|θ) − ln qψ (Z|X, θ)] = qξ (θ) [ln p(θ) − ln qξ (θ)] + N ∑ n=1 qξ (θ)qψ (zn |xn ,θ) [ln p(xn , zn |θ) − ln qψ (zn |xn , θ)] ͨͩ͠ɼ ℒ(ψ, ξ) = qξ (θ) [ln p(θ) − ln qξ (θ)] + N ∑ n=1 qξ (θ)qψ (zn |xn ,θ) [ln p(xn , zn |θ) − ln qψ (zn |xn , θ) −ln p (xn ) + ln p (xn )] = qξ (θ) [ln p(θ) − ln qξ (θ)] + N ∑ n=1 qξ (θ)qψ (zn |xn ,θ) [ ln p(xn , zn |θ) qψ (zn |xn , θ)p (xn )] + c = qξ (θ) [ln p(θ) − ln qξ (θ)] + N ∑ n=1 qξ (θ)qψ (zn |xn ,θ) [ ln p(xn , zn |θ) qψ, (xn , zn |θ)] + c c = N ∑ n=1 qξ (θ)qψ (zn |xn ,θ) [ln p (xn )] = N ∑ n=1 ln p (xn ) -
ඇ໌ࣔతϞσϧͱͳ͠มਪ๏ ʲͳ͠มਪ๏ʳతؔͷಋग़ ͱͨ͠ͱ͖ɼ ͱ͓͘ͱɼ ɹɹɹɹ ɹɹɹɹ
ͱͳΔͷͰɼ ࠷େԽͱ ࠷େԽՁɽ ͕ͨͬͯ͠ɼ࠷େԽ͍ͨ͠త͕ؔ ͱͳΔɽ r(xn , zn , θ; η) = ln p(xn , zn |θ) qψ, (xn , zn |θ) ℒr (ψ, ξ) = qξ (θ) [ln p(θ) − ln qξ (θ)] + N ∑ n=1 qξ (θ)qψ (zn |xn ,θ) [r(xn , zn , θ; η)] ∇ψ ℒ(ψ, ξ) = ∇ψ ℒr (ψ, ξ) ∇ξ ℒ(ψ, ξ) = ∇ξ ℒr (ψ, ξ) ℒ(ψ, ξ) ℒr (ψ, ξ) ℒr (ψ, ξ)