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学习方式

针对机器学习中存在多种学习方式的分类,针对不同分类下的学习方式中又会衍生中针对 不同模型与场景的具体学习方式,为了能够了解并知晓针对不同的场景下应该应用哪种 学习方式,本教程将尽可能的介绍全目前主要的各种学习方式,并极可能结合实际应用更直观 的理解。

一、监督学习(Supervised Learning)

其是机器学习中最常见和广泛应用的一种形式。在监督学习中,模型通过使用带有标签的训练数 据来学习,目的是使模型能够对新的、未见过的数据做出准确的预测或分类。其具备以下关键的特点:

  • 标记的训练数据:监督学习的核心是使用已经标记的数据集进行训练。这些标签是预先定义好的,表示数据的正确输出;
  • 模型训练:在训练过程中,算法尝试找出输入数据和输出标签之间的关系。目标是学习一个映射函数,将输入映射到正确的输出。
  • 误差纠正:训练过程包括不断调整模型参数,以最小化模型预测和实际标签之间的差异。
  • 泛化能力:理想的监督学习模型不仅在训练数据上表现良好,还能准确处理未见过的新数据。

1.1 行为克隆(Behavioral Cloning)

其是一种机器学习方法,它使人工智能(AI)能够通过模仿人类或专家的行为来学习执行特定任务。这个过程首先涉及到收集数据,通常 是通过观察专家在特定情境下的行为决策,例如在自动驾驶中记录驾驶员的操控动作。接着,这些数据被用来训练一个机器学习模型,如 神经网络,使其能够学习并复制这些行为。行为克隆的关键在于模型能够准确地模仿专家的决策过程,并在面对新的、类似的情境时做出 合适的反应。这种方法在自动驾驶汽车、机器人控制等领域中尤为重要,但它也面临着如数据质量、模型泛化能力和过拟合等挑战。尽管 如此,行为克隆仍是实现复杂任务自动化的一个有效途径。其基本的流程方式如下:

  • 数据收集:行为克隆的第一步是收集数据。这通常涉及记录专家(人类操作者)在执行特定任务时的行为,例如,在自动驾驶汽车 的上下文中,这可能包括记录驾驶员的转向、加速和制动操作。
  • 模型训练:收集的数据随后用于训练一个机器学习模型。这个模型学习如何根据输入(例如,传感器数据或环境状态)来模仿专家 的决策。
  • 模仿行为:经过训练的模型能够在类似的情境中模仿专家的行为。理想情况下,这个模型能够处理新的、未见过的情况,并做出合 适的反应。
  • 泛化能力:一个重要的挑战是确保模型具有良好的泛化能力,即它不仅能在训练数据上表现良好,还能在新的、不同的情况下做出 正确的决策。

二、无监督学习(Unsupervised Learning)

三、强化学习(Reinforcement Learning)

四、半监督学习(Semi-Supervisied Learning)

五、自监督学习(Self-Supervised Learning)

六、迁移学习(Transfer Learning)

七、表示学习(Representation Learning)

7.1 联合嵌入(Joint Embedding)

其是一种在机器学习和人工智能领域中使用的技术,它涉及将来自不同源或不同模态的数据(如文本、图像、声音等)映射到一个共享的嵌入 空间。这种方法使得原本在特征空间中不兼容或难以比较的数据类型能够在同一空间内进行比较和分析。其依赖需要的技术方案可见如下:

  • 深度学习模型: 通常使用深度神经网络来学习不同数据模态的嵌入表示。例如,卷积神经网络(CNN)用于图像数据,循环神经网络(R NN)或Transformer用于文本数据。
  • 损失函数设计: 设计适当的损失函数来优化嵌入空间,使得相似的数据点在嵌入空间中靠近,不相似的远离。常见的损失函数包括三元组 损失(Triplet Loss)和交叉熵损失。
  • 多模态融合: 在嵌入空间中,不同模态的数据通过某种方式融合,以便进行后续的任务,如分类、回归或聚类。
  • 维度约减: 使用技术如主成分分析(PCA)或t-SNE来减少嵌入空间的维度,以便于可视化和进一步分析。

该技术方案的特点可以通过如下几点窥见,具体如下:

  • 多模态兼容性: 联合嵌入能够处理和分析来自不同模态的数据,这对于理解和利用复杂数据集非常重要。
  • 提高性能: 通过学习更丰富和综合的数据表示,联合嵌入可以提高机器学习模型的性能,尤其是在多模态学习任务中。
  • 灵活性: 这种方法适用于多种类型的数据和多种不同的任务,包括推荐系统、自然语言处理和计算机视觉等。
  • 数据融合: 联合嵌入通过将不同类型的数据映射到同一空间,促进了数据间的融合和互操作性。

其代表的技术方案可以通过Meta AI的ImageBind了解其具体的作用以及应用方式。