GAN的文献综述

1.Conditional Generative Adversarial Netwoks

Describe GAN: Generative adversarial nets were recently introduced as a novel way to train a generative model.
They consists of two ‘adversarial’ models: a generative model G that captures the data distribution,
and a discriminative model D that estimates the probability that a sample came from the training
data rather than G. Both G and D could be a non-linear mapping function, such as a multi-layer
perceptron.(多层的感知机)

GAN两个模型对抗的实质：对于G来说等价于最小化log（1-D(G(z))）期望；对于D来说，等价于最大logD（x）的期望，类似于一个minimax的游戏。由此可以得到GAN的目标函数V（G，D）：

解决什么问题：图像标注、图像分类和图像生成过程中，存在两类问题：其一、输出图像的label比较多，成千上万类别；其二、对于一个输入x，对应合适输出y（label）的类别multi-modal（多个），怎么样选择一个合适类别是个问题。CGAN尝试在生成器G和判别器端加入额外的条件信息（additional information）来指导GAN两个模型的训练。

 

怎么做：条件化（conditional）GAN做法就是直接把额外的信息（y）直接添加到生成器G和判别器D的的目标函数中，与输入Z和X中构成条件概率，如下图所示：

 

 用于指导G和D训练的额外信息可以是各种类型（multi-modal）的数据，已图像分类为例，可以是label标签，也可以是关于图像类别或其他信息的text文本描述。

WGAN：

WGAN:Wasserstein GAN.Martin Arjovsky, Soumith Chintala, and Lon Bottou.2017.03.09

  Improved Training of Wasserstein GANs.Ishaan Gulrajani1, Faruk Ahmed1, Martin Arjovsky2.2017.03.31

解决什么问题：GAN在训练很麻烦，需要精心设计生成器G和判别器D的网络结构，调整很多的超参数，经常不收敛。为了解决这个问题，让GAN训练起来更容易，本文提出了Wasserstein GAN（WGAN）。

怎么做：深入分析由GAN所优化的值函数（value function）的收敛特性，指出传统GAN不稳定是因为其基于Jensen-Shannon 差异（divergence）构造的值函数在某一地方不可导，导致生成器G训练不稳定。因此，提出了Earth-Mover距离，又称Wasserstein-1 距离W（q,p），基于Wasserstein distance来构造值函数，代替传统GAN中基于Jensen-Shannon 差异（divergence）的值函数。Wasserstein distance具有更好的特性，Jensen-Shannon divergence可能不连续，在不连续的地方不能提供稳定的梯度用于生成器G的参数优化；相比之下，Earth-Mover距离处处连续，处处可导。

Jensen-Shannon距离与Wassertein距离对比：