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最近一直在看Deep Learning，各类博客、论文看得不少

但是说实话，这样做有些疏于实现，一来呢自己的电脑也不是很好，二来呢我目前也没能力自己去写一个toolbox

只是跟着Andrew Ng的UFLDL tutorial 写了些已有框架的代码(这部分的代码见github)

后来发现了一个matlab的Deep Learning的toolbox，发现其代码很简单，感觉比较适合用来学习算法

再一个就是matlab的实现可以省略掉很多数据结构的代码，使算法思路非常清晰

所以我想在解读这个toolbox的代码的同时来巩固自己学到的，同时也为下一步的实践打好基础

(本文只是从代码的角度解读算法，具体的算法理论步骤还是需要去看paper的

我会在文中给出一些相关的paper的名字，本文旨在梳理一下算法过程，不会深究算法原理和公式)

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使用的代码：DeepLearnToolbox  ，下载地址：点击打开，感谢该toolbox的作者

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今天介绍的呢是DL另一个非常重要的模型：SAE

把这个放在最后来说呢，主要是因为在UFLDL tutorial里已经介绍得比较详细了，二来代码非常简单(在NN的基础之上)

先放一张autoencoder的基本结构：

基本意思就是一个隐藏层的神经网络，输入输出都是x，属于无监督学习

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基本代码

saesetup.m

function sae = saesetup(size)

foru = 2 : numel(size)

sae.ae{u-1} = nnsetup([size(u-1) size(u) size(u-1)]);

end

end

saetrain.m

function sae = saetrain(sae, x, opts)

fori = 1 : numel(sae.ae);

disp(['Training AE 'num2str(i)'/'num2str(numel(sae.ae))]);

sae.ae{i} = nntrain(sae.ae{i}, x, x, opts);

t = nnff(sae.ae{i}, x, x);

x = t.a{2};

%remove bias term

x = x(:,2:end);

end

end

其实就是每一层一个autoencoder，隐藏层的值作为下一层的输入

各类变形

为了不致于本文内容太少。。。现在单独把它的几个变形提出来说说

sparse autoencoder：

这就是ufldl讲的版本，toolbox中的代码和ufldl中练习的部分基本一致：

在nnff.m中使用：nn.p{i} = 0.99 * nn.p{i} + 0.01 * mean(nn.a{i}, 1);计算

在nnbp.m中使用

pi = repmat(nn.p{i}, size(nn.a{i}, 1), 1);

sparsityError = [zeros(size(nn.a{i},1),1) nn.nonSparsityPenalty * (-nn.sparsityTarget ./ pi + (1 - nn.sparsityTarget) ./ (1 - pi))];

计算sparsityError即可

denoising autoencoder：

denoising其实就是在autoencoder的基础上，给输入的x加入噪声，就相当于dropout用在输入层

toolbox中的也实现非常简单：

在nntrain.m中：

batch_x = batch_x.*(rand(size(batch_x))>nn.inputZeroMaskedFraction)

也就是随即把大小为(nn.inputZeroMaskedFraction)的一部分x赋成0，denoising autoencoder的表现好像比sparse autoencoder要强一些

Contractive Auto-Encoders：

这篇论文里也总结了一下autoencoder，感觉很不错

Contractive autoencoders的模型是：

其中：

 hj是表示hidden layer的函数，用它对x求导

论文里说：这个项是

encourages the mapping to the feature space to be contractive in the neighborhood of the training data

具体的实现呢是：

代码呢参看：论文作者提供的：点击打开链接

主要是

jacobian(self，x):

_jacobi_loss():

_fit_reconstruction():

这几个函数和autoencoder有出入，其实也比较简单，就不细讲了

总结：

总的来说，autoencoder感觉是DL中比较好理解的一部分，所以介绍内容不长

可能你也发现了，Toolbox里还有一个文件夹叫CAE，不过这个CAE是Convolutional Auto-Encoders