SmoothGrad

在圖像分類問題中溉知,為了了解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)到了什么陨瘩,一個常用的方法就是找出圖像中對最后分類結(jié)果影響最大的區(qū)域,這種方法在文獻(xiàn)中有多種叫法级乍,如sensitivity maps, saliency maps, pixel attribution maps等舌劳,這里主要講基于梯度方法。

1.直接求梯度

考慮一個圖片分類系統(tǒng)玫荣,將輸入圖片x分為C個類別中的一個甚淡,對于每個類c\in C,都有一個函數(shù)S_c(x)將輸入x映射到類別空間的得分捅厂,分類結(jié)果則取決于哪個映射值最大贯卦,即class(x) = \mathop{ \arg \max}_{c \in C}S_c(x)

如果S_c(x)本身就是可導(dǎo)的,一個簡單的方法就是直接對其求x 的導(dǎo)數(shù)焙贷,有
M_c(x) = \partial{S_c(x)}/\partial{x}

這里M_c(x)表示x上的每個像素上的微小擾動對類別c得分的影響撵割。

這種方法在實際操作中確實能顯示出與分類結(jié)果相關(guān)的區(qū)域,但求得的saliency maps通常在視覺上有很多的噪點(對這些噪點作用目前還不清楚盈厘,有可能這些噪點看似隨機(jī)睁枕,實際上對網(wǎng)絡(luò)的運作有很大的影響官边,也有可能這些噪點本身就不重要)沸手,但正是因為這些噪點的存在外遇,導(dǎo)致只能大致確定相關(guān)區(qū)域的位置,而不能給出符合人類理解的結(jié)果契吉,如下圖跳仿。

直接求導(dǎo)

2.平滑噪聲梯度

產(chǎn)生噪點的可能原因在于S_c函數(shù)的導(dǎo)數(shù)在小范圍內(nèi)有很大的波動耸别,畢竟沒有任何理由要求該函數(shù)是平滑的荧恍,而且由于網(wǎng)絡(luò)通常采用ReLU作為非線性激活函數(shù),所以S_x甚至不是連續(xù)可導(dǎo)的庸汗。
下面給一特定圖片加一微小的擾動惑灵,觀察其中一個像素的偏導(dǎo)數(shù)的變化情況(為說明波動的程度山上,取變化最大的像素)。

當(dāng)輸入x有微小變化時, 特定像素的偏導(dǎo)值的相對變化(黑色為基準(zhǔn)線)

考慮到這種急劇的波動英支,在任何給定的像素點的直接梯度就不如局度平均梯度值來得有意義佩憾。
通過在輸入圖片多次加入隨機(jī)噪聲,對變換后圖像求并求均值干花,達(dá)到“引入噪聲”來“消除噪聲”的效果妄帘。

加入不同程度噪聲后的可視化結(jié)果

3.其他技巧

3.1 梯度取絕對值(符號僅代表方向,正負(fù)梯度處于同等地位)
3.2 限制異常像素值(例如將像素值最高的1%部分設(shè)為0)
3.3 將圖像與梯度相乘(缺點是當(dāng)圖像像素為零時池凄,則結(jié)果永遠(yuǎn)是零)
3.4 將smoothGrad方法(多次加噪求敏感圖抡驼,取平均)與其它基于梯度的方法結(jié)合
3.5 訓(xùn)練模型時數(shù)據(jù)加噪

references

APASmilkov, D. , Thorat, N. , Kim, B. , Viégas, Fernanda, & Wattenberg, M. . (2017). Smoothgrad: removing noise by adding noise.

最后編輯于
?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請聯(lián)系作者
  • 序言:七十年代末,一起剝皮案震驚了整個濱河市肿仑,隨后出現(xiàn)的幾起案子致盟,更是在濱河造成了極大的恐慌,老刑警劉巖尤慰,帶你破解...
    沈念sama閱讀 211,743評論 6 492
  • 序言:濱河連續(xù)發(fā)生了三起死亡事件勾邦,死亡現(xiàn)場離奇詭異,居然都是意外死亡割择,警方通過查閱死者的電腦和手機(jī)眷篇,發(fā)現(xiàn)死者居然都...
    沈念sama閱讀 90,296評論 3 385
  • 文/潘曉璐 我一進(jìn)店門,熙熙樓的掌柜王于貴愁眉苦臉地迎上來荔泳,“玉大人蕉饼,你說我怎么就攤上這事÷旮瑁” “怎么了昧港?”我有些...
    開封第一講書人閱讀 157,285評論 0 348
  • 文/不壞的土叔 我叫張陵,是天一觀的道長支子。 經(jīng)常有香客問我创肥,道長,這世上最難降的妖魔是什么? 我笑而不...
    開封第一講書人閱讀 56,485評論 1 283
  • 正文 為了忘掉前任叹侄,我火速辦了婚禮巩搏,結(jié)果婚禮上,老公的妹妹穿的比我還像新娘趾代。我一直安慰自己贯底,他們只是感情好,可當(dāng)我...
    茶點故事閱讀 65,581評論 6 386
  • 文/花漫 我一把揭開白布撒强。 她就那樣靜靜地躺著禽捆,像睡著了一般。 火紅的嫁衣襯著肌膚如雪飘哨。 梳的紋絲不亂的頭發(fā)上胚想,一...
    開封第一講書人閱讀 49,821評論 1 290
  • 那天,我揣著相機(jī)與錄音芽隆,去河邊找鬼顿仇。 笑死,一個胖子當(dāng)著我的面吹牛摆马,可吹牛的內(nèi)容都是我干的臼闻。 我是一名探鬼主播,決...
    沈念sama閱讀 38,960評論 3 408
  • 文/蒼蘭香墨 我猛地睜開眼囤采,長吁一口氣:“原來是場噩夢啊……” “哼述呐!你這毒婦竟也來了?” 一聲冷哼從身側(cè)響起蕉毯,我...
    開封第一講書人閱讀 37,719評論 0 266
  • 序言:老撾萬榮一對情侶失蹤乓搬,失蹤者是張志新(化名)和其女友劉穎,沒想到半個月后代虾,有當(dāng)?shù)厝嗽跇淞掷锇l(fā)現(xiàn)了一具尸體进肯,經(jīng)...
    沈念sama閱讀 44,186評論 1 303
  • 正文 獨居荒郊野嶺守林人離奇死亡,尸身上長有42處帶血的膿包…… 初始之章·張勛 以下內(nèi)容為張勛視角 年9月15日...
    茶點故事閱讀 36,516評論 2 327
  • 正文 我和宋清朗相戀三年棉磨,在試婚紗的時候發(fā)現(xiàn)自己被綠了江掩。 大學(xué)時的朋友給我發(fā)了我未婚夫和他白月光在一起吃飯的照片。...
    茶點故事閱讀 38,650評論 1 340
  • 序言:一個原本活蹦亂跳的男人離奇死亡乘瓤,死狀恐怖环形,靈堂內(nèi)的尸體忽然破棺而出,到底是詐尸還是另有隱情衙傀,我是刑警寧澤抬吟,帶...
    沈念sama閱讀 34,329評論 4 330
  • 正文 年R本政府宣布,位于F島的核電站统抬,受9級特大地震影響火本,放射性物質(zhì)發(fā)生泄漏危队。R本人自食惡果不足惜,卻給世界環(huán)境...
    茶點故事閱讀 39,936評論 3 313
  • 文/蒙蒙 一钙畔、第九天 我趴在偏房一處隱蔽的房頂上張望茫陆。 院中可真熱鬧,春花似錦刃鳄、人聲如沸盅弛。這莊子的主人今日做“春日...
    開封第一講書人閱讀 30,757評論 0 21
  • 文/蒼蘭香墨 我抬頭看了看天上的太陽。三九已至见秽,卻和暖如春愉烙,著一層夾襖步出監(jiān)牢的瞬間,已是汗流浹背解取。 一陣腳步聲響...
    開封第一講書人閱讀 31,991評論 1 266
  • 我被黑心中介騙來泰國打工步责, 沒想到剛下飛機(jī)就差點兒被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道東北人禀苦。 一個月前我還...
    沈念sama閱讀 46,370評論 2 360
  • 正文 我出身青樓蔓肯,卻偏偏與公主長得像,于是被迫代替她去往敵國和親振乏。 傳聞我的和親對象是個殘疾皇子蔗包,可洞房花燭夜當(dāng)晚...
    茶點故事閱讀 43,527評論 2 349

推薦閱讀更多精彩內(nèi)容