CS229 6.15 Neurons Networks Deep Belief Networks

Hintion老爷子在06年的science上的论文里阐述了 RBMs 可以堆叠起来并且通过逐层贪婪的方式来训练，这种网络被称作Deep Belife Networks(DBN)，DBN是一种可以学习训练数据的高层特征表示的网络，DBN是一种生成模型，可见变量  与  个隐层的联合分布：

这里 x = h⁰，为RBM在第 k 层的隐层单元条件下的可见单元的条件分布， 是一个DBN顶部可见层与隐层的条件分布，如图下：

DBN的训练：

1. 首先充分训练第一个 RBM； 

2. 固定第一个 RBM 的权重和偏移量，然后使用其隐性神经元的状态，作为第二个 RBM 的输入向量； 

3. 充分训练第二个 RBM 后，将第二个 RBM 堆叠在第一个 RBM 的上方； 

4. 重复以上三个步骤任意多次； 

5. 如果训练集中的数据有标签，那么在顶层的 RBM 训练时，这个 RBM 的显层中除了显性神经元，还需要有代表分类标签的神经元，一起进行训练： 

a) 假设顶层 RBM 的显层有 500 个显性神经元，训练数据的分类一共分成了 10 类； 

b) 那么顶层 RBM 的显层有 510 个显性神经元，对每一训练训练数据，相应的标签神经元被打开设为 1，而其他的则被关闭设为 0。

6. 对于一个4层的DBN 被训练好后如下图：（ 图中的绿色部分就是在最顶层 RBM 中参与训练的标签 ）

 

DBN的fun-tuning，微调阶段：

生成模型使用 Contrastive Wake-Sleep 算法进行调优，其算法过程是： 

1. 除了顶层 RBM，其他层 RBM 的权重被分成向上的认知权重和向下的生成权重； 

2. Wake 阶段：认知过程，通过外界的特征和向上的权重 (认知权重) 产生每一层的抽象表示 (结点状态) ，并且使用梯度下降修改层间的下行权重 (生成权重) 。也就是“如果现实跟我想象的不一样，改变我的权重使得我想

象的东西就是这样的”。 

3. Sleep 阶段：生成过程，通过顶层表示 (醒时学得的概念) 和向下权重，生成底层的状态，同时修改层间向上的权重。也就是“如果梦中的景象不是我脑中的相应概念，改变我的认知权重使得这种景象在我看来就是这个概

念”。 

 

DBN的使用：

1. 使用随机隐性神经元状态值，在顶层 RBM 中进行足够多次的吉布斯抽样； 

2. 向下传播，得到每层的状态。