Generative adversarial networks (GANs), a class of distribution-learning methods based on a two-player game between a generator and a discriminator, can generally be formulated as a minmax problem based on the variational representation of a divergence between the unknown and the generated distributions. We introduce structure-preserving GANs as a data-efficient framework for learning distributions with additional structure such as group symmetry, by developing new variational representations for divergences. Our theory shows that we can reduce the discriminator space to its projection on the invariant discriminator space, using the conditional expectation with respect to the $\sigma$-algebra associated to the underlying structure. In addition, we prove that the discriminator space reduction must be accompanied by a careful design of structured generators, as flawed designs may easily lead to a catastrophic "mode collapse" of the learned distribution. We contextualize our framework by building symmetry-preserving GANs for distributions with intrinsic group symmetry, and demonstrate that both players, namely the equivariant generator and invariant discriminator, play important but distinct roles in the learning process. Empirical experiments and ablation studies across a broad range of data sets, including real-world medical imaging, validate our theory, and show our proposed methods achieve significantly improved sample fidelity and diversity -- almost an order of magnitude measured in Fr\'echet Inception Distance -- especially in the small data regime.


翻译:基于发源人与歧视者之间双玩游戏的一类分配-学习方法(GANs),即基于发源人与歧视者之间双玩游戏的一类分配-学习方法,通常可以被设计成一个基于未知和生成分布之间差异的变异代表的细微问题。我们引入结构-保留GANs,作为学习分配的数据效率框架,同时通过群体对称等额外结构,通过开发新的差异变异表达方式,学习分布。我们的理论表明,我们可以使用与基本结构相关的美元/gmax$-algebra的有条件期望,将歧视空间缩小到其对差异程度差异空间的预测。此外,我们证明,在缩小空间时必须同时仔细设计结构化的生成器,因为缺陷的设计很容易导致知识分布的灾难性“模式崩溃”。我们通过建立对等度-偏差-使GANs保持对本组对分布的配置,并表明,两个角色,即不均匀的生成者和易变异性区分度测量,在基本结构结构中扮演重要但截然不同的角色 -- 具体地展示我们所拟进行的研究,包括更精确的医学研究,在世界上的排序中,具体的研究,具体地、直观和演化中,具体地展示我们的数据序列中,具体地研究中,具体地将产生。

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