Combining clustering and representation learning is one of the most promising approaches for unsupervised learning of deep neural networks. However, doing so naively leads to ill posed learning problems with degenerate solutions. In this paper, we propose a novel and principled learning formulation that addresses these issues. The method is obtained by maximizing the information between labels and input data indices. We show that this criterion extends standard cross-entropy minimization to an optimal transport problem, which we solve efficiently for millions of input images and thousands of labels using a fast variant of the Sinkhorn-Knopp algorithm. The resulting method is able to self-label visual data so as to train highly competitive image representations without manual labels. Our method achieves state of the art representation learning performance for AlexNet and ResNet-50 on SVHN, CIFAR-10, CIFAR-100 and ImageNet.


翻译:将集群和代表性学习结合起来是不受监督地学习深层神经网络的最有希望的方法之一,然而,这样做天真地导致以堕落的解决方案造成不正确的学习问题。在本文件中,我们提出一个处理这些问题的新颖和有原则的学习方式。这个方法是通过在标签和输入数据指数之间尽量扩大信息而获得的。我们表明,这一标准将标准的跨物种最小化扩大到一个最佳运输问题,我们利用Sinkhorn-Knopp算法的快速变式,有效地解决了数百万个输入图像和数千个标签的问题。由此产生的方法可以自标为视觉数据,以便培训没有手工标签的高度竞争性的图像表达方式。我们的方法实现了AlexNet和ResNet-50在SVHN、CIFAR-10、CIFAR-100和图像网络上的艺术表现学习成绩。

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表示学习是通过利用训练数据来学习得到向量表示,这可以克服人工方法的局限性。 表示学习通常可分为两大类,无监督和有监督表示学习。大多数无监督表示学习方法利用自动编码器(如去噪自动编码器和稀疏自动编码器等)中的隐变量作为表示。 目前出现的变分自动编码器能够更好的容忍噪声和异常值。 然而,推断给定数据的潜在结构几乎是不可能的。 目前有一些近似推断的策略。 此外,一些无监督表示学习方法旨在近似某种特定的相似性度量。提出了一种无监督的相似性保持表示学习框架,该框架使用矩阵分解来保持成对的DTW相似性。 通过学习保持DTW的shaplets,即在转换后的空间中的欧式距离近似原始数据的真实DTW距离。有监督表示学习方法可以利用数据的标签信息,更好地捕获数据的语义结构。 孪生网络和三元组网络是目前两种比较流行的模型,它们的目标是最大化类别之间的距离并最小化了类别内部的距离。
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