Autoencoders, Minimum Description Length and Helmholtz Free Energy

自编码 亥姆霍兹自由能 编码(集合论) 算法 上下界 计算机科学 数学 最小描述长度 人工智能 集合(抽象数据类型) 模式识别(心理学) 人工神经网络 数学分析 量子力学 物理 程序设计语言
作者
Geoffrey E. Hinton,Richard S. Zemel
出处
期刊:Neural Information Processing Systems 卷期号:6: 3-10 被引量:1051
链接
摘要

An autoencoder network uses a set of recognition weights to convert an input vector into a code vector. It then uses a set of generative weights to convert the code vector into an approximate reconstruction of the input vector. We derive an objective function for training autoencoders based on the Minimum Description Length (MDL) principle. The aim is to minimize the information required to describe both the code vector and the reconstruction error. We show that this information is minimized by choosing code vectors stochastically according to a Boltzmann distribution, where the generative weights define the energy of each possible code vector given the input vector. Unfortunately, if the code vectors use distributed representations, it is exponentially expensive to compute this Boltzmann distribution because it involves all possible code vectors. We show that the recognition weights of an autoencoder can be used to compute an approximation to the Boltzmann distribution and that this approximation gives an upper bound on the description length. Even when this bound is poor, it can be used as a Lyapunov function for learning both the generative and the recognition weights. We demonstrate that this approach can be used to learn factorial codes.

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