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最近一直在看Deep Learning，各类博客、论文看得不少
但是说实话，这样做有些疏于实现，一来呢自己的电脑也不是很好，二来呢我目前也没能力自己去写一个toolbox
只是跟着Andrew Ng的UFLDL tutorial 写了些已有框架的代码(这部分的代码见github)
后来发现了一个matlab的Deep Learning的toolbox，发现其代码很简单，感觉比较适合用来学习算法
再一个就是matlab的实现可以省略掉很多数据结构的代码，使算法思路非常清晰
所以我想在解读这个toolbox的代码的同时来巩固自己学到的，同时也为下一步的实践打好基础
(本文只是从代码的角度解读算法，具体的算法理论步骤还是需要去看paper的
我会在文中给出一些相关的paper的名字，本文旨在梳理一下算法过程，不会深究算法原理和公式)
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使用的代码：DeepLearnToolbox ，下载地址：点击打开，感谢该toolbox的作者
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今天介绍DBN的内容，其中关键部分都是(Restricted Boltzmann Machines, RBM)的步骤，所以先放一张rbm的结构，帮助理解
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照例，我们首先来看一个完整的DBN的例子程序：
这是\tests\test_example_DBN.m 中的ex2
//train dbn
dbn.sizes = [100 100];
opts.numepochs = 1;
opts.batchsize = 100;
opts.momentum = 0;
opts.alpha = 1;
dbn =dbnsetup(dbn, train_x, opts); //here！！！
dbn = dbntrain(dbn, train_x, opts); //here！！！
//unfold dbn to nn
nn = dbnunfoldtonn(dbn, 10); //here！！！
nn.activation_function = 'sigm';
//train nn
opts.numepochs = 1;
opts.batchsize = 100;
nn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);
[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);
assert(er < 0.10, 'Too big error');
最后fine tuning的时候用了（一）里看过的nntrain和nntest，参见（一）
\DBN\dbnsetup.m
这个实在没什么好说的，
同样，W,b,c是参数，vW,vb,vc是更新时用到的与momentum的变量，见到代码时再说
for u = 1 : numel(dbn.sizes) - 1
dbn.rbm{u}.alpha = opts.alpha;
dbn.rbm{u}.momentum = opts.momentum;
dbn.rbm{u}.W = zeros(dbn.sizes(u + 1), dbn.sizes(u));
dbn.rbm{u}.vW = zeros(dbn.sizes(u + 1), dbn.sizes(u));
dbn.rbm{u}.b = zeros(dbn.sizes(u), 1);
dbn.rbm{u}.vb = zeros(dbn.sizes(u), 1);
dbn.rbm{u}.c = zeros(dbn.sizes(u + 1), 1);
dbn.rbm{u}.vc = zeros(dbn.sizes(u + 1), 1);
end
\DBN\dbntrain.m
function dbn = dbntrain(dbn, x, opts)首先映入眼帘的是对第一层进行rbmtrain()，后面每一层在train之前用了rbmup，
n = numel(dbn.rbm);
//对每一层的rbm进行训练
dbn.rbm{1} = rbmtrain(dbn.rbm{1}, x, opts);
for i = 2 : n
x = rbmup(dbn.rbm{i - 1}, x);
dbn.rbm{i} = rbmtrain(dbn.rbm{i}, x, opts);
end
end
\DBN\rbmtrain.m
for i = 1 : opts.numepochs //迭代次数
kk = randperm(m);
err = 0;
for l = 1 : numbatches
batch = x(kk((l - 1) * opts.batchsize + 1 : l * opts.batchsize), :);
v1 = batch;
h1 = sigmrnd(repmat(rbm.c', opts.batchsize, 1) + v1 * rbm.W'); //gibbs sampling的过程
v2 = sigmrnd(repmat(rbm.b', opts.batchsize, 1) + h1 * rbm.W);
h2 = sigm(repmat(rbm.c', opts.batchsize, 1) + v2 * rbm.W');
//Contrastive Divergence 的过程
//这和《Learning Deep Architectures for AI》里面写cd-1的那段pseudo code是一样的
c1 = h1' * v1;
c2 = h2' * v2;
//关于momentum，请参看Hinton的《A Practical Guide to Training Restricted Boltzmann Machines》
//它的作用是记录下以前的更新方向，并与现在的方向结合下，跟有可能加快学习的速度
rbm.vW = rbm.momentum * rbm.vW + rbm.alpha * (c1 - c2) / opts.batchsize;
rbm.vb = rbm.momentum * rbm.vb + rbm.alpha * sum(v1 - v2)' / opts.batchsize;
rbm.vc = rbm.momentum * rbm.vc + rbm.alpha * sum(h1 - h2)' / opts.batchsize;
//更新值
rbm.W = rbm.W + rbm.vW;
rbm.b = rbm.b + rbm.vb;
rbm.c = rbm.c + rbm.vc;
err = err + sum(sum((v1 - v2) .^ 2)) / opts.batchsize;
end
end
\DBN\dbnunfoldtonn.m
function nn = dbnunfoldtonn(dbn, outputsize)
%DBNUNFOLDTONN Unfolds a DBN to a NN
% outputsize是你的目标输出label，比如在MINST就是10，DBN只负责学习feature
% 或者说初始化Weight，是一个unsupervised learning，最后的supervised还得靠NN
if(exist('outputsize','var'))
size = [dbn.sizes outputsize];
else
size = [dbn.sizes];
end
nn = nnsetup(size);
%把每一层展开后的Weight拿去初始化NN的Weight
%注意dbn.rbm{i}.c拿去初始化了bias项的值
for i = 1 : numel(dbn.rbm)
nn.W{i} = [dbn.rbm{i}.c dbn.rbm{i}.W];
end
end
最后fine tuning就再训练一下NN就可以了