Чому ми використовуємо дивергенцію Куллбека-Лейблера, а не перехресну ентропію в цільовій функції t-SNE?


39

На мій погляд, розбіжність KL від розподілу вибірки до справжнього розподілу - це просто різниця між перехресною ентропією та ентропією.

Чому ми використовуємо перехресну ентропію як функцію витрат у багатьох моделях машинного навчання, а використовуємо дивергенцію Kullback-Leibler в t-sne? Чи є різниця в швидкості навчання?


1
Ознайомтеся з інформацією про KL: stats.stackexchange.com/questions/188903/…
— kjetil b halvorsen

Відповіді:


81

Дивергенція KL є природним способом вимірювання різниці між двома розподілами ймовірностей. Ентропія розподілу p дає мінімально можливу кількість біт на повідомлення, яка знадобиться (в середньому) для кодування втрат, що втрачаються з p . Досягнення цієї межі потребує використання оптимального коду, розробленого для p , який присвоює коротші слова коду подіям з більшою ймовірністю. D K L ( p ∥ q ) можна інтерпретувати як очікувану кількість зайвих біт на повідомлення, необхідні для кодування подій, отриманих з істинного розподілу pH(p)pppDKL(p∥q)p, якщо використовується оптимальний код для розподілу а не p . Він має деякі приємні властивості для порівняння розподілів. Наприклад, якщо р і q рівні, то розбіжність KL дорівнює 0.qppq

Перехресна ентропія може бути інтерпретована як кількість біт на повідомлення, необхідне (в середньому) для кодування подій, отриманих з істинного розподілу p , якщо використовується оптимальний код для розподілу q . Зверніть увагу на різницю: D K L ( p ∥ q ) вимірює середню кількість зайвих біт на повідомлення, тоді як H ( p , q ) вимірює середню кількість загальних бітів на повідомлення. Це правда, що для фіксованого p , H ( pH(p,q)pqDKL(p∥q)H(p,q)p зростатиме, коли q все більше відрізняється від p . Але, якщо p не вважається фіксованим, важко інтерпретувати H ( p , q ) як абсолютний показник різниці, оскільки він росте з ентропією p .H(p,q)qppH(p,q)p

Дивергенція KL та поперечна ентропія пов'язані як:

DKL(p∥q)=H(p,q)−H(p)

З цього виразу ми бачимо, що коли і q рівні, кросова ентропія не дорівнює нулю; скоріше, це дорівнює ентропії p .pqp

Перехресна ентропія зазвичай виявляється у функціях втрат при машинному навчанні. У багатьох із цих ситуацій трактується як "справжній" розподіл, а q як модель, яку ми намагаємося оптимізувати. Наприклад, у проблемах класифікації загальновживана поперечна ентропійна втрата (ака логічна втрата ) вимірює поперечну ентропію між емпіричним розподілом міток (з урахуванням входів) та розподілом, передбаченим класифікатором. Емпіричний розподіл для кожної точки даних просто призначає ймовірність 1 класу цієї точки даних, а 0 - всім іншим класам. Бічна примітка: перехресна ентропія в цьому випадку виявляється пропорційною негативній ймовірності журналу, тому мінімізація її еквівалентна максимальній імовірності.pq

Зауважимо, що (емпіричний розподіл у цьому прикладі) фіксований. Отже, було б рівнозначно сказати, що ми мінімізуємо розбіжність KL між емпіричним розподілом та прогнозованим розподілом. Як ми можемо бачити в виразі вище, два пов'язані адитивним терміном H ( p ) (ентропія емпіричного розподілу). Оскільки p фіксовано, H ( p )pH(p)pH(p)не змінюється з параметрами моделі, і її можна не враховувати у функції втрат. Ми можемо ще хотіти говорити про розбіжність KL з теоретичних / філософських причин, але в цьому випадку вони рівнозначні з точки зору вирішення проблеми оптимізації. Це може бути невірно для інших застосувань перехресної ентропії та дивергенції KL, де може відрізнятися.p

pqDKL(p∥q)pqj∣ipj∣i - це дивергенція Куллбека-Лейблера (яка в цьому випадку дорівнює поперечній ентропії аж до постійної добавки) ".

van der Maaten and Hinton (2008) . Візуалізація даних за допомогою t-SNE.


Чи можу я якось "улюблені" відповіді? Я хочу врятувати це, тому що це дуже приємне пояснення
— zwep

1
Дякую, радий, що тобі корисно. Ви можете позначити питання як улюблене, щоб зберегти всю нитку, натиснувши на значок зірки під кнопками голосування. Ви можете переглянути свій список обраних на сторінці свого облікового запису.
— користувач20160
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.