动手学深度学习笔记(1)

动手学深度学习

  • 深度学习简介

深度学习简介

  • 举一个小的例子,如何编写一个程序,让机器识别我输入的图片是否有一只猫?我们需要哪些值来帮助我们确定?事实上,要想解读图像中的内容,需要寻找仅仅在结合成千上万的数值时才会出现的特征,如边缘、质地、形状、眼睛、鼻子等,最终才能判断图像中是否有猫。
  • 通俗来说,机器学习是一门讨论各式各样的适用于不同问题的函数形式,以及如何使用数据来有效地获取函数参数具体值的学科。
  • 深度学习是指机器学习中的一类函数,它们的形式通常为多层神经网络。

机器学习,神经网络是很多领域共同发展的成果。

时至今日,绝大多数神经网络都包含以下的核心原则:

  • 交替使用线性处理单元与非线性处理单元,它们经常被称为“层”。
  • 使用链式法则(即反向传播)来更新网络的参数。

深度学习从发现到发展,仍能屹立的部分原因:

  • 优秀的容量控制方法,如丢弃法,使大型网络的训练不再受制于过拟合(大型神经网络学会记忆大部分训练数据的行为)[3]。这是靠在整个网络中注入噪声而达到的,如训练时随机将权重替换为随机的数字 [4]。
  • 注意力机制解决了另一个困扰统计学超过一个世纪的问题:如何在不增加参数的情况下扩展一个系统的记忆容量和复杂度。注意力机制使用了一个可学习的指针结构来构建出一个精妙的解决方法 [5]。也就是说,与其在像机器翻译这样的任务中记忆整个句子,不如记忆指向翻译的中间状态的指针。由于生成译文前不需要再存储整句原文的信息,这样的结构使准确翻译长句变得可能。
  • 记忆网络 [6]和神经编码器—解释器 [7]这样的多阶设计使得针对推理过程的迭代建模方法变得可能。这些模型允许重复修改深度网络的内部状态,这样就能模拟出推理链条上的各个步骤,就好像处理器在计算过程中修改内存一样。
  • 另一个重大发展是生成对抗网络的发明 [8]。传统上,用在概率分布估计和生成模型上的统计方法更多地关注于找寻正确的概率分布,以及正确的采样算法。生成对抗网络的关键创新在于将采样部分替换成了任意的含有可微分参数的算法。这些参数将被训练到使辨别器不能再分辨真实的和生成的样本。生成对抗网络可使用任意算法来生成输出的这一特性为许多技巧打开了新的大门。例如生成奔跑的斑马 [9]和生成名流的照片 [10] 都是生成对抗网络发展的见证。
  • 许多情况下单块GPU已经不能满足在大型数据集上进行训练的需要。过去10年内我们构建分布式并行训练算法的能力已经有了极大的提升。设计可扩展算法的最大瓶颈在于深度学习优化算法的核心:随机梯度下降需要相对更小的批量。与此同时,更小的批量也会降低GPU的效率。如果使用1,024块GPU,每块GPU的批量大小为32个样本,那么单步训练的批量大小将是32,000个以上。近年来李沐 [11]、Yang You等人 [12]以及Xianyan Jia等人 [13]的工作将批量大小增至多达64,000个样例,并把在ImageNet数据集上训练ResNet-50模型的时间降到了7分钟。与之相比,最初的训练时间需要以天来计算。
  • 并行计算的能力也为至少在可以采用模拟情况下的强化学习的发展贡献了力量。并行计算帮助计算机在围棋、雅达利游戏、星际争霸和物理模拟上达到了超过人类的水准。
  • 深度学习框架也在传播深度学习思想的过程中扮演了重要角色。Caffe、 Torch和Theano这样的第一代框架使建模变得更简单。许多开创性的论文都用到了这些框架。如今它们已经被TensorFlow(经常是以高层API Keras的形式被使用)、CNTK、 Caffe 2 和Apache MXNet所取代。第三代,即命令式深度学习框架,是由用类似NumPy的语法来定义模型的 Chainer所开创的。这样的思想后来被 PyTorch和MXNet的Gluon API 采用,后者也正是本书用来教学深度学习的工具。

在机器学习的众多研究方向中,表征学习关注如何自动找出表示数据的合适方式,以便更好地将输入变换为正确的输出。
深度学习是具有多级表示的表征学习方法。在每一级(从原始数据开始),深度学习通过简单的函数将该级的表示变换为更高级的表示。因此,深度学习模型也可以看作是由许多简单函数复合而成的函数。当这些复合的函数足够多时,深度学习模型就可以表达非常复杂的变换。
特征提取的方法:
古老的,canny边缘检测,SIFT特征提取
新快的,深度学习的自动化逐级高级特征提取(自动优化的逐级过滤器)

深度学习的特点:

  • 端到端的训练
  • 经历从含参数统计模型转向完全无参数的模型
  • 对非最优解的包容、对非凸非线性优化的使用,以及勇于尝试没有被证明过的方法

你可能感兴趣的:(机器学习&深度学习,神经网络,人工智能,pytorch,深度学习)