李宏毅机器学习（八）自编码器（Auto-encoder）
前情提要
什么自监督学习？
做不需要标注资料的任务，比如做填空题，比如预测下一个任务！
这个时候我们只需要对在自监督中训练的模型进行fine-tune就可以用在下游任务中了！
但是在不需要标注的数据之前呢，在BERT、self-supervised learning之前有一个工具叫做Auto-Encoder！ 也是不需要标注的数据的。
Auto-Encoder
怎么运作的？
它是一个无监督的，不需要任何标注资料的任务！ 目的就是让图片经过中间的网络后和最终的目标尽可能的相似！ 和Cycle GAN中的方法是一样的！ 中间的Vector叫做Embedding、Representation，code！都是指的是同一件事！ 这有什么用呢？ 我们要使用的中间的这个Vector，它不再是原来图片的高维向量（比如100 * 100维度的图片， 如果是RGB那么就是3万维度），而经过Encoder 压缩之后的低维向量，这个向量往往是10维，100维等。 同时Encoder的输出也叫做瓶颈层，叫做BottleNeck，因为我们输入的是宽维度的向量，但是最终输出的是低纬度向量！ 同时这也叫做Dimension reduction。 也可以叫做pre-train
Dimension reduction方法有PCA、t-SNE，它们不是深度学习！
Why Auto-encoder？
为什么Auto-encoder能获取存储图片信息的低维度的向量呢？ 这些向量怎么就能代表这个图片呢？
因为图片的变化看起来大，但是却很小。图片的变化类型是有限的， 我们只需要记录这几种变化类型就可以！就仿佛上图中四个3*3大小的图片， 只有两种类型！ 所以我们只需要记录这两种变化类型就行了， 01和10就够了！
就仿佛神雕侠侣中樊一翁，它的胡子虽然变化多，但是只是表象，头的可变化的类型很少！ 我们只需要预判了它的头的变化就可以了。
Auto-encoder 并不是一个新的idea
原来的方法并没有深度学习的概念，要分块进行训练的！
De-noising Auto-encoder
给原图片添加噪音， 然后还是让它恢复到原来的图片，那么这个encoder必须有能力来去除噪音！
这在BERT中也有相同的应用！ 比如添加mask！ 所以我们可以说BERT就是一个添加了噪音的Auto-encoder！ 当然Decoder不一定是一个Linear层，也可以自己定义哦！
Feature Distangle
Distangle： 就是把原来纠缠在一起的东西解开来！
下面的各种特征都在这里面，但是我们并不知道哪些特征代表了哪些资讯！
所以我们是不是可以分解出特征来，比如前五十维度表示内容信息，后五十维度表示的是说话人的信息等等！当然feature Distangle也是有很多的办法来去做的！
这是有办法做的，下边的就是方法了！每一个dimension就代表了一个资讯！
Application： Voice Conversion
Voice Conversion：语音转换！就是柯南的领结变声器！
在过去都是有监督学习，在采集样本时候需要Speaker A 和 Speaker B录制相同的语音，这样才能完成模型的训练！ 但是现在我们可能不再需要一模一样的录制了！
Discrete Representation
向量的表示有三种可能性： Real Numbers、Binary和One-hot！ 比如Binary中某一个值就代表了是不是的问题， 是男的还是女的？戴眼镜了吗？ 而One-hot也代表了分类任务，比如0-9手写体的识别！
例子：VQVAE（Vector Quantized Variational Auto-encoder）
Codebook中是一系列向量，是学习出来的数据！ 同时也是预定义的向量！ 我们需要的就是计算Encoder出的向量和Codebook中的相似度，相似度最高的那个向量就作为Decoder的输入！ 类似于Self-attention！ 当然也可以用在语音识别中，在语音识别中，codebook中的向量完全可以代表kk音标！
Text as Representation
我们可不可以embedding出文字，而不是向量呢？ 该文字经过Decoder后会得到整个文章！ 而该sequence就是文章的核心和摘要！ 这是一个seq2seq2seq的auto-encoder， 而这个任务仅仅需要一大堆的文件拉进行训练这个模型。但是这是不行的，因为Decoder会发明自己的暗号，中间生成的文字是看不懂的文字！ 这要怎么办呢？ 这个时候就可以添加一个Discriminator，Discriminator是可以分出输出是不是真汉字的，所以Discriminator可以判断中间的单词是不是问题。这样就可以添加双向限制， 既能生成文章， 又可以判断出是不是汉字！ 这就是CycleGAN
我们就硬Train！
Tree as Embedding
Application
Generator
我们可以将Decoder作为Generator！ 我们通过模型训练之后得到Decoder！
Compression
如果图片太大了，我们可以把Encoder当作压缩器来生成低维向量！ 而Decoder做的事情Decompression，但是这样得出的图片是有失真的！
Anomaly（Outlier、Novelty） Detection
检查输入的x和训练数据是不是一样!
但是我们的x正确不正确完全取决于训练数据！
欺诈检测： 训练数据，正确的信用卡交易
网络的侵入检测： 黑客检测，连入是不是正常的
细胞检测：是不是一个癌细胞？
和分类任务的区别： 分类任务是需要大量正反样本的，而且其中很多错误的样本就混在了正样本里。 但是现实中是很难收集很多的负样本的！ 再比如人脸识别，这肯定不能收集所有的负样本啊，只能是收集正样本！
这是一个one-class问题，而不是二分类问题！ 这就需要Auto-encoder登场了！
人脸检测
我们检测是不是真人的人脸，而不是二次元的，那么我们就可以通过搜集一堆的人脸图片，通过将它们encoder和Decoder，如果能合成真人图片，那么就是真人！
如果输入的是二次元图片，那么在经过encoder和decoder后是合成不了正常的图片的！
More about Anomaly Detection：
