CV论文阅读Deep Linear Discriminative Analysis, ICLR, 2016

Posted 2020-09-16 chenjunjie1994

DeepLDA 并不是把LDA模型整合到了Deep Network，而是利用LDA来指导模型的训练。从实验结果来看，使用DeepLDA模型最后投影的特征也是很discriminative 的，但是很遗憾没有看到论文是否验证了topmost 的hidden representation 是否也和softmax指导产生的representation一样的discriminative。

DeepLDA和一般的deep network唯一不同是它的loss function。两者对比如下：

对于LDA，优化的目标是最小化类内方差，同时最大化类间方差。由于LDA是一个有监督的模型，对于多分类的情况如个类，则最终投影的一个子空间的维数只有。多分类情况LDA优化的目标公式为，

其中A就是投影矩阵。是between scatter matrix，可以理解为类中心间的方差；而定义为within scatter matrix，可以理解为类内协方差的和。它们的计算公式如下：

这里，我们已经假设所有的样本都是去中心化的了。最后问题变成了一个泛化的特征方程求解的问题，矩阵A对应着相应的特征向量。

 事实上，特征向量指示着投影最大方差的方向，特征值则是对特征向量重要程度的一个量化。而论文的一个insight就是，希望可以指导网络生成topmost的representation能够在各个方向都产生较大的特征值，即不希望投影的方向在某个方向更方差会更大，因为这代表了信息量的多少。论文提出一种直接把特征值作为loss function的方法，因为训练的时候，网络倾向于优化最大的特征值，产生一个trivial的结果，即使得大的特征值会倾向于更大而牺牲其他小的特征值。因此论文定义loss function在小的特征值上：

特征值的求解是建立在topmost的representation的基础上的。模型的训练使用mini-batch的随机梯度下降法，而特征值可以直接对representation 进行求导：

论文的appendix可以看到完整的求导过程。

 

最后，论文的实验室通过对project后的特征进行分类，所以比较的是分类的精度，以及test error。而且，实验的结果还挺competitive的。