深度学习导论


前言

深度学习(DL, Deep Learning)是机器学习(ML, Machine Learning)领域中一个新的研究方向,它被引入机器学习使其更接近于最初的目标——人工智能(AI, Artificial Intelligence)。

一、AI or 深度学习?

在这里插入图片描述

  • AI:人工智能是要让机器的行为看起来像人所表现出的智能行为一样
    人工智能包括计算智能、感知智能和认知智能等层次,目前人工智能还介于前
    两者之间
    目前人工智能所处的阶段还在“弱人工智能”(Narrow AI)阶段,距离“强
    人工智能”(General AI) 还有较长的路要走

  • 机器学习(80年代,实现人工智能的一种技术):机器学习是人工智能的一个分支,它是实现人工智能的一个核心技术,即以机器学习为手段解决人工智能中的问题。
    机器学习是通过一些让计算机可以自动“学习”的算法并从数据中分析获得规律,然后利用规律对新样本进行预测。
    机器学习的形式化的描述:
    对于某类任务T和性能度量P,如果一个计算机程序在T上以P衡量的性能随着经验E而自我完善,那么就称这个计算机程序在从经验E学习

  • 深度学习:在2010年之后得到广泛发展,是深层次的神经网络,机器学习的一种实现方法。

二、机器学习分类

### 关于深度学习导论大作业的主题与资料 #### 主题建议 以下是几个适合作为《深度学习导论》大作业的主题,涵盖了理论研究、实际应用和技术实现等多个维度: 1. **基于卷积神经网络的图像分类优化** - 探讨如何通过调整卷积层数量、激活函数选择以及正则化手段(如 Dropout 和 Batch Normalization),提升 CNN 的性能[^1]。 - 可以使用公开数据集(如 CIFAR-10 或 ImageNet 子集)验证不同配置的效果。 2. **自然语言处理中的 Transformer 架构分析** - 对比传统 RNN/LSTM 与现代 Transformer 的优劣,并尝试复现一个简单的机器翻译或文本生成任务[^3]。 - 使用 Hugging Face 提供的 `Transformers` 库快速搭建实验环境。 3. **特征提取方法的研究与发展** - 结合已有研究成果,讨论简单方法的有效性及其局限性[^5]。 - 设计一个小规模项目,比较 PCA、LDA 等经典降维算法的表现。 4. **推荐系统的个性化改进方案** - 利用协同过滤或其他先进算法构建基础框架,再引入深度学习模块进一步增强效果。 - 实验部分可选用 MovieLens 数据集完成评测工作。 5. **大规模数据下的高效检索策略探讨** - 针对日益增长的数据体量问题,设计并评估适用于特定场景的新颖解决方案[^4]。 - 深入理解“深度分页”的概念及其潜在应用场景。 --- #### 示例代码片段 以下是一些可能需要用到的核心代码示例: ##### 图像分类任务 (PyTorch) ```python import torch.nn as nn import torch.optim as optim class SimpleCNN(nn.Module): def __init__(self): super(SimpleCNN, self).__init__() self.conv_layers = nn.Sequential( nn.Conv2d(3, 32, kernel_size=3), nn.ReLU(), nn.MaxPool2d(kernel_size=2), ... ) self.fc_layer = nn.Linear(...) def forward(self, x): out = self.conv_layers(x) out = out.view(out.size(0), -1) return self.fc_layer(out) model = SimpleCNN() criterion = nn.CrossEntropyLoss() optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001) ``` ##### 文本生成任务 (HuggingFace Transformers) ```python from transformers import GPT2LMHeadModel, GPT2Tokenizer tokenizer = GPT2Tokenizer.from_pretrained('gpt2') model = GPT2LMHeadModel.from_pretrained('gpt2') input_text = "Once upon a time" inputs = tokenizer.encode(input_text, return_tensors='pt') outputs = model.generate(inputs, max_length=50, num_return_sequences=1) print(tokenizer.decode(outputs[0], skip_special_tokens=True)) ``` --- #### 资料推荐 为了顺利完成上述任一方向的大作业,这里整理了几类有价值的参考资料: 1. **开源库文档** - PyTorch 官方教程:https://pytorch.org/tutorials/ - TensorFlow 教程页面:https://www.tensorflow.org/tutorials 2. **在线教育平台课程链接** - Coursera 上 Andrew Ng 的 *Deep Learning Specialization*[^3] - Udacity 的免费入门级系列课件 3. **学术论文集合** - arXiv 中按关键词筛选最新发表的文章列表 (例如搜索 “deep learning image classification”) 4. **实践型社区论坛** - Kaggle 论坛分享板块中有大量真实案例解析可供借鉴 - GitHub 星数较高的相关工程项目仓库也是不错的选择之一 ---
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