Machine learning: Trends,perspectives, and prospects读书笔记

M. I. Jordan和T. M. Mitchell在Science上发表了一篇论文Machine learning: Trends,perspectives, and prospects,这篇论文对机器学习的基本概念,发展状况,应用,常见的学习算法做了介绍。对于刚入门来说,构建一个比较基本的机器学习的概念图。


在人工智能里,机器学习作为一种解决计算机视觉,语音识别,自然语言处理,机器控制等应用的可行的软件实现方法。

 

机器学习需要解决的两大核心问题:

Machine learning is a discipline focused on two interrelated questions: How can one construct computer systems that automatically improve through experience and What are the fundamental statistical-computational-information-theoretic laws that govern all learning systems, including computers, humans, and organizations? 

1.如何构建一个可以通过学习经验而不断完善的计算机系统

2.归纳出可计算的涵盖所有学习系统的规律

 

对于一个学习算法,需要考虑一下问题:

Whatever the learning algorithm, a key scientific and practical goal is to theoretically characterize the capabilities of specific learning algorithms and the inherent difficulty of any given learning problem: How accurately can the algorithm learn from a particular type and volume of training data? How robust is the algorithm to errors in its modeling assumptions or to errors in the training data? Given a learning problem with a given volume of training data, is it possible to design a successful algorithm or is this learning problem fundamentally intractable?Given a learning problem with a given volume of training data, is it possible to design a successful algorithm or is this learning problem
fundamentally intractable?<

### 多模态机器学习的基础原则 多模态机器学习涉及处理来自不同数据源的信息,例如视觉、音频和文本等。其基础原则之一是对模态的定义进行了清晰阐述[^2]。具体来说,模态是指一种特定的数据形式或感知通道,每种模态都携带独特的信息并可能与其他模态存在关联。 为了实现有效的多模态融合,研究者通常依赖于对齐技术,即将不同的模态映射到同一特征空间中以便进行联合分析[^3]。这种对齐过程可以基于显式的匹配策略或者隐式的表示学习方法。 ### 当前的发展趋势 近年来,在深度学习框架下,多模态模型的设计逐渐成为主流方向。相比传统的浅层学习算法[^1],深层神经网络能够自动提取复杂而抽象的跨模态特征组合。特别是在自然语言处理(NLP)领域与计算机视觉(CV)交叉应用方面取得了显著进展: - **预训练模型**:大规模参数化架构如BERT-Vision-Language Models (VL-BERTs),通过共享权重机制实现了图像-文字交互理解能力。 - **Transformer结构的应用扩展**:不仅限于序列建模任务,transformers也被广泛应用于异构输入场景下的关系推理问题解决上。 以下是利用Python构建一个多模态嵌入系统的简单示例代码片段: ```python import torch from transformers import BertTokenizer, VisualBertModel tokenizer = BertTokenizer.from_pretrained('bert-base-uncased') model = VisualBertModel.from_pretrained("uclanlp/visualbert-vqa-coco-pre") text = "An example sentence." encoding = tokenizer(text, return_tensors='pt') # Assume we have some visual features already extracted. visual_embeds = torch.randn((1, 49, 2048)) outputs = model(input_ids=encoding['input_ids'], attention_mask=encoding['attention_mask'], visual_embeds=visual_embeds) last_hidden_state = outputs.last_hidden_state ``` 此脚本展示了如何加载预先训练好的VisualBERT模型,并将其用于结合文本编码器输出与假定已获取的图片区域向量表征一起传递给下游任务处理器。 ### 面临的主要挑战及开放性议题 尽管取得了一定成就,但仍有许多未解难题亟待攻克: 1. 数据稀缺性和标注成本高企使得高质量大型多模态语料库难以获得; 2. 跨域泛化性能不足——即当测试样本分布偏离训练集范围时表现下降明显; 3. 解释性强弱不均等问题突出,尤其是在医疗诊断等领域需高度可信度支持决策制定过程中尤为关键; 4. 如何有效评估多模态系统整体效能尚缺乏统一标准体系指导实践操作流程优化改进工作开展顺利推进下去至关重要. 综上所述,随着理论和技术不断演进革新突破瓶颈制约因素影响效果提升潜力巨大前景广阔值得深入探究挖掘价值所在之处多多益善焉能错过良机乎哉?
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