Tema

Autocodificadores y autocodificador variacional

Un autocodificador comprime la entrada en un código de baja dimensión y la reconstruye desde él, y la variante variacional sustituye ese código puntual por una distribución que se acerca a una normal estándar.

Nombre en inglés

Autoencoders and variational autoencoders

Intuición

El cuello de botella obliga a la red a quedarse con lo que hace falta para reconstruir, y esa selección equivale a una reducción de dimensión no lineal. Con un código puntual, el espacio queda lleno de huecos y muestrear en él produce basura. El autocodificador variacional reparte cada ejemplo sobre una pequeña nube y penaliza la distancia a una normal estándar, lo que rellena el espacio y permite generar por muestreo.

Fórmula

L = \lVert x - \hat{x} \rVert^2 + \mathrm{KL}(q(z \mid x) \Vert p(z)) \qquad z = \mu + \sigma \epsilon \qquad \epsilon \sim N(0, 1)

Ejemplo resuelto

Sea un código de una sola dimensión con media 1 y desviación 0.5. El truco de reparametrización sortea un ruido normal estándar, por ejemplo 0.4, y calcula 1 más 0.5 por 0.4 = 1.2; de ese modo el azar queda fuera del camino del gradiente y la media y la desviación sí reciben derivada. El término de divergencia vale la mitad de la media al cuadrado más la varianza menos 1 menos el logaritmo de la varianza, es decir, la mitad de (1 más 0.25 menos 1 más 1.386), cerca de 0.818. Si la red empujase la desviación hacia cero para reconstruir mejor, ese término crecería sin límite, y en ese tira y afloja está el motivo de que las muestras salgan algo borrosas.

Errores frecuentes

Ejercicio

En un código de una dimensión, la media vale 0 y la desviación vale 1. ¿Cuánto vale el término de divergencia respecto de la normal estándar?

Ver la solución

El término vale la mitad de la media al cuadrado más la varianza menos 1 menos el logaritmo de la varianza. Con media 0 y desviación 1 queda la mitad de 0 más 1 menos 1 menos 0, es decir, 0. El resultado tiene sentido porque la distribución aproximada coincide con la de referencia.

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