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学习的迁移与代表性的深度学习模型

標準约 39 分钟7 个术语过去问 3 题

本单元目标

  • 能从训练的先后顺序和所用数据的不同,区分预训练与微调。
  • 能说明迁移学习是把在某项任务中获得的知识运用到另一项任务上的思路。
  • 能根据擅长处理的数据类型和工作原理的不同,区分 CNN 与 RNN。
术语总表(7 个)
术语一句话在本单元中的定位
事前学習在确定用途之前,先用大量数据让模型掌握广泛特征的训练。打下可复用基础的阶段
ファインチューニング用符合目的的数据对已训练好的模型进行追加训练,加以调整。让基础适应具体用途的阶段
転移学習把在某项任务中学到的知识转用到另一项相关任务上的方法。复用已训练模型的思路
CNN广泛用于图像识别的深度学习模型的缩写。面向图像的模型(缩写)
畳み込みニューラルネットワークCNN 的正式名称,用滤波器提取图像的局部特征。面向图像的模型(正式名称)
RNN面向文本、时间序列等顺序有意义的数据的深度学习模型的缩写。面向序列数据的模型(缩写)
リカレントニューラルネットワークRNN 的正式名称,把上一时刻的状态送回下一时刻的处理中使用。面向序列数据的模型(正式名称)

术语

在针对特定用途进行调整之前,先用大量数据训练模型,让它掌握多种用途共通的特征,这一过程称为预训练(事前学習)。

例如让模型阅读海量文章来掌握词语之间的衔接方式,或给它看各种各样的图像来把握形状和颜色的特征。这样做出来的已训练模型(学習済みモデル),之后被作为适配其他目的的基础来使用。由于基础可以共用,就省去了每种用途都从零开始收集大量数据再训练的麻烦。

类比就像在从事某项具体工作之前,先在学校里广泛学好读写、计算这类任何工作都用得上的基础。

记法英语叫 pre-training。对话式 AI 的名称 GPT 中的 P,就是 Pre-trained(预训练过的)的首字母。

考点

  • 常考经过使用多样且大量数据的预训练(事前学習),之后再加以调整就能在多种用途中复用的大规模模型,称为基础模型(基盤モデル)。

该术语的过去问 1 题 事前学習

用符合目标任务的数据对预训练好的模型进行追加训练,使其适应该用途,这称为微调(ファインチューニング)。

  1. 预训练好的模型
  2. 准备符合目的的数据
  3. 通过追加训练调整权重
  4. 面向该用途的模型

在保留已掌握特征的同时,得到擅长该任务的模型。

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它不是把模型从头重新做一遍,而是在利用已掌握特征的同时,让权重等参数朝目标方向调整。因此与从零开始训练相比,更容易减少所需的数据量和计算时间。例如,让用一般文章训练过的语言模型学习某家医院的问诊记录,使它的回答能很好地应对医疗术语。

类比就像在学校打好基础的新员工,到了分配的部门后,通过短期培训学会这个部门特有的工作方法。

记法fine 意为“细微的”,tuning 意为“给乐器调音”。这个名称把它比作乐器做好后,最后细细校准音高的工作。

考点

  • 常考基础模型(基盤モデル)通过微调(ファインチューニング)等追加训练针对各个用途进行调整,就能从同一个基础分别做出多种 AI。
  • 易混预训练(事前学習)是用广泛数据打基础的最初训练,微调(ファインチューニング)是之后在这一基础上用面向目的的数据进行的训练。

该术语的过去问 1 题 ファインチューニング

「预训练」与「微调」的区别

比较点预训练微调
关键进行的顺序先进行在预训练之后进行
使用的数据范围广、数量大的数据符合目标任务、数量相对较少的数据
得到的结果作为多种用途基础的模型擅长特定用途的模型

把在某项任务中训练好的模型的知识转用到相关的另一项任务上,从而高效推进新任务学习的方法,称为迁移学习(転移学習)。

  • 迁移学习的做法示例
    • 已训练的部分原样使用
      • 只用新数据训练靠近输出的层
    • 已训练部分的权重也调整
      • 通过微调一点点更新权重

例如,把已学会分辨多种物体的图像识别模型,用在“在工厂里发现产品划痕”这项另外的任务上。即使新任务的数据较少,也能利用已经学到的形状和纹理特征,因此比从零训练更容易在短时间内达到所需精度。以已训练模型为基础的微调(ファインチューニング),是实现迁移学习的代表性做法之一。

类比就像学过钢琴的人,凭着对琴键的手感和读谱能力,很快就能学会弹电子琴。

记法英语是 transfer learning。transfer 也是交通“换乘”的意思,可以理解为让知识换乘到另一条线路上。

考点

  • 易混迁移学习(転移学習)指把知识转移到另一项任务上的思路,微调(ファインチューニング)指在转移目标处调整已训练权重的具体步骤。

CNN 是 Convolutional Neural Network 的缩写,是一种广泛用于图像识别的深度学习模型。

它把逐个小范围提取图像特征的处理叠加很多层,从线条、拐角这样的简单形状,逐步把握到眼睛、车轮这样成形的整体。它被用于照片中物体的分类、位置检测以及人脸认证等。内部原理放在其正式名称卷积神经网络(畳み込みニューラルネットワーク)一项中介绍。

类比就像把一张大地图划成小方格,逐格查看有没有道路或河流,再综合起来判断这是哪里的地图。

记法C 是 Convolution(卷积)的 C,而 RNN 的 R 是 Recurrent(循环),所以只看首字母就能分辨两者原理的不同。

考点

  • 易混CNN 擅长把握图像这类纵横排列的数据的特征,RNN 擅长把握文本这类按顺序排列的数据的走向。

畳み込みニューラルネットワーク卷积神经网络

在术语表中打开 畳み込みニューラルネットワーク

卷积神经网络(畳み込みニューラルネットワーク)是 CNN 的正式名称,指通过名为卷积的处理,逐步提取图像局部特征的神经网络。

  1. 输入图像
  2. 卷积层(提取局部特征)
  3. 池化层(压缩特征)
  4. 全连接层(判断拍到了什么)

根据收集到的特征,由最后一层输出分类结果。

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在卷积(畳み込み)中,把小滤波器在图像上一点点移动着套上去,把该范围内有没有特定图案转换成数值。接下来的池化(プーリング)把相邻的值合并以压缩特征,这些层叠加几次之后,由最后一层判断图中拍到的是什么。即使物体的位置稍有偏移也容易找到相同的特征,所以它适合处理图像的工作。

类比就像拿一张小纸样,从布料的一端到另一端一点点挪动着比对,在出现相同花纹的地方做上记号。

记法日语的“畳み込み”是数学术语 convolution 的译名,很早就被用作给声音和图像信号加滤波器这种计算的名称。

考点

  • 易混卷积神经网络(畳み込みニューラルネットワーク)的核心,是把滤波器移动着套上去、提取局部特征的卷积层。

RNN 是 Recurrent Neural Network 的缩写,是一种适合处理文本、语音、时间序列数据这类顺序有意义的数据的深度学习模型。

它把处理前一个输入时得到的信息留在内部,再与下一个输入合在一起处理,因此能做出考虑到此前走向的判断。例如可用于预测句子里接下来出现的单词、把语音转写成文字,以及根据销售额的变化预测今后的走势。

记法Recurrent 是英语“反复发生”的意思。这个名称直接取自信息在网络内部反复循环的结构。

考点

  • 易混RNN 的弱点是在长序列中旧信息会逐渐变淡;为弥补这一点,加入了调节信息保留还是遗忘的机制的模型就是 LSTM。

「CNN」与「RNN」的区别

比较点CNNRNN
关键擅长的数据图像等纵横排列的数据文本、语音等有顺序的数据
核心机制用滤波器提取局部特征的卷积把前一时刻的状态送回下一步的循环
正式名称卷积神经网络循环神经网络

リカレントニューラルネットワーク循环神经网络

在术语表中打开 リカレントニューラルネットワーク

循环神经网络(リカレントニューラルネットワーク)是 RNN 的正式名称,指这样一种神经网络:把某一时刻处理中形成的内部状态,送回下一时刻的处理中使用。

  1. 处理第 1 个输入
  2. 把状态传给下一时刻
  3. 将下一个输入与之前的状态合并处理
  4. 重复到最后一个输入后输出

这样一直重复到最后,所以输出中反映了此前的走向。

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由于存在把处理结果送回下一次处理的路径,内部的状态作为对此前所见数据的概括,被不断传递下去。各个时刻都重复使用相同的权重,因此长度不同的文本和时间序列也能用同一机制处理。

类比就像写日记时先翻看前一天的那页,顺着那天的脉络续写今天的内容。

考点

  • 易混循环神经网络(リカレントニューラルネットワーク)具有把层的输出送回自身的路径,这一点使它区别于从输入到输出只单向流动的网络。

要点

  • 以预训练得到的通用模型为基础,即使数据较少,也容易做出符合目标任务的模型。
  • 微调不是把模型从头重做,而是让已训练好的权重朝目标方向调整。
  • 迁移学习是把在某项任务中获得的知识运用到另一项相关任务上的思路。
  • 卷积神经网络是 CNN 的正式名称,循环神经网络是 RNN 的正式名称,各自与缩写指的是同一种模型。

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