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= 数学原理 =
 
= 数学原理 =
 
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RealNVP 的数学设计围绕一个核心目标展开:让概率密度的计算既精确又高效。这一目标由三个要素支撑——概率论中的变量替换公式给出精确似然的表达式;仿射耦合层的三角雅可比结构使行列式计算开销与维度成线性关系,从而保证可处理性;最大似然估计则提供直接的训练目标,无需近似下界或辅助网络。本节依次介绍这三个要素,进而比较加性耦合与仿射耦合在体积保持上的差异,最后讨论训练目标中两项各自的含义与实际训练配置。
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RealNVP 的数学设计围绕一个核心目标展开:让概率密度的计算既精确又高效。这一目标由三个要素支撑——概率论中的[[变量替换公式]]给出精确似然的表达式;[[仿射耦合层]]的三角雅可比结构使行列式计算开销与维度成线性关系,从而保证可处理性;[[最大似然估计]]则提供直接的训练目标,无需近似下界或辅助网络。本节依次介绍这三个要素,进而比较[[加性耦合]]与仿射耦合在体积保持上的差异,最后讨论训练目标中两项各自的含义与实际训练配置。
 
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== 标准化流与[[变量替换公式]] ==
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== [[标准化流]]与[[变量替换公式]] ==
 
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标准化流的核心是概率论中的'''变量替换公式'''(change of variables)。设 <math>\mathbf{z} \sim p_Z(\mathbf{z})</math> 是已知先验(通常取标准正态 <math>\mathcal{N}(0, \mathbf{I})</math>),<math>f = g^{-1}</math> 是从数据 <math>\mathbf{x}</math> 到 <math>\mathbf{z}</math> 的可逆映射(编码器)。则 <math>\mathbf{x}</math> 的密度为:
 
标准化流的核心是概率论中的'''变量替换公式'''(change of variables)。设 <math>\mathbf{z} \sim p_Z(\mathbf{z})</math> 是已知先验(通常取标准正态 <math>\mathcal{N}(0, \mathbf{I})</math>),<math>f = g^{-1}</math> 是从数据 <math>\mathbf{x}</math> 到 <math>\mathbf{z}</math> 的可逆映射(编码器)。则 <math>\mathbf{x}</math> 的密度为:
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|{{EquationRef|4}}}}
 
|{{EquationRef|4}}}}
 
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上式中,第一项 <math>\log p_Z(f(\mathbf{x}))</math> 衡量编码后分布与标准高斯的接近程度;第二项(对数雅可比行列式)则是'''体积补偿项'''——如果 <math>f</math> 在某个局部使空间扩张(<math>\det > 1</math>),密度必须相应降低,反之亦然。当流由 <math>K</math> 个变换复合而成 <math>f = f_K \circ \cdots \circ f_1</math> 时,总对数密度是各层对数行列式的求和:
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上式中,第一项 <math>\log p_Z(f(\mathbf{x}))</math> 衡量编码后分布与标准高斯的接近程度;第二项(对数[[雅可比行列式]])则是'''体积补偿项'''——如果 <math>f</math> 在某个局部使空间扩张(<math>\det > 1</math>),密度必须相应降低,反之亦然。当流由 <math>K</math> 个变换复合而成 <math>f = f_K \circ \cdots \circ f_1</math> 时,总对数密度是各层对数行列式的求和:
 
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从对偶视角看(Papamakarios et al., 2021)<ref name="Papamakarios2021">{{cite journal|author1=Papamakarios G.|author2=Nalisnick E.|author3=Rezende D. J.|author4=Mohamed S.|author5=Lakshminarayanan B.|title=Normalizing Flows for Probabilistic Modeling and Inference|journal=Journal of Machine Learning Research|year=2021|volume=22|issue=57|pages=1-64}}</ref>:在数据上最小化前向 KL,等价于在潜在空间中最小化推前分布(即数据分布经 <math>f</math> 映射到潜在空间后得到的分布)与先验之间的反向 KL。
 
从对偶视角看(Papamakarios et al., 2021)<ref name="Papamakarios2021">{{cite journal|author1=Papamakarios G.|author2=Nalisnick E.|author3=Rezende D. J.|author4=Mohamed S.|author5=Lakshminarayanan B.|title=Normalizing Flows for Probabilistic Modeling and Inference|journal=Journal of Machine Learning Research|year=2021|volume=22|issue=57|pages=1-64}}</ref>:在数据上最小化前向 KL,等价于在潜在空间中最小化推前分布(即数据分布经 <math>f</math> 映射到潜在空间后得到的分布)与先验之间的反向 KL。
 
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'''实际训练配置''':自适应矩估计(Adaptive Moment Estimation,Adam)优化器,权重衰减 <math>5\times10^{-5}</math>,批量大小 64,先验为标准高斯。图像数据通常先经 logit 变换 <math>\operatorname{logit}(\alpha + (1-\alpha)\mathbf{x}/256)</math>(原论文取 <math>\alpha = 0.05</math>)处理,以缓解像素取值集中在 0 和 255 两个边界带来的问题。
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'''实际训练配置''':[[自适应矩估计]](Adaptive Moment Estimation,Adam)优化器,权重衰减 <math>5\times10^{-5}</math>,批量大小 64,先验为标准高斯。图像数据通常先经 logit 变换 <math>\operatorname{logit}(\alpha + (1-\alpha)\mathbf{x}/256)</math>(原论文取 <math>\alpha = 0.05</math>)处理,以缓解像素取值集中在 0 和 255 两个边界带来的问题。
 
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= 应用 =
 
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