深度学习模型应具有智能程度自动调整功能

1. 概述

神经网络和深度学习技术发展到如今的程度,已经在各行各业得到了广泛的应用,但是,和人工智能的初衷——人类智能之间的偏差也越来越明显,譬如说,在面对不同问题和场景的时候,人的大脑会使用不同的智能程度去做不同的计算分析,然而,目前的深度学习计算却总是使用同样的智能程度去做计算和预测。

2. 案例

我们此处以六连子的连子棋对弈为例,首先来看如下两图所示的棋局:

 

对于第一幅图所示的棋局,人类大脑会迅速分析思考出黑子的落子位置;而对于第二幅图所示的棋局,通常人类大脑会思考较长的时间,然后才能给出白子的较佳落子位置。即,人脑在不同棋局上所使用的智能程度是不同的,对应的,所消耗的精力和时间也是不同的。

但是,如果使用普遍的深度学习模型来进行预测的话,对于第一幅图和第二幅图的棋局,模型会使用相同的网络结构、相同的网络深度、相同的网络参数等进行计算和预测,对应的,所消耗的计算资源和时间等也是相同的,即,目前的深度学习技术对于同一个应用在所有的场景下都使用相同的智能程度。

3. 扩展和分析

由上述的案例不难得知,对于六连子的连子棋对弈的所有棋局,普遍的深度学习模型都是使用的相同的计算量和时间进行预测。扩展一下,对于其它的每一种应用,普遍的深度学习技术也都是使用的相同的计算量和时间进行计算,即智能程度是固定的。由此分析可知,深度学习模型的智能程度是应对能解决的最难场景的,而对于大多数较容易的场景来说,则会产生较多的算力资源和时间的浪费,同时也不利于在保证现有性能的前提下优化算法和模型来解决更困难的场景。

例如:对于车牌识别这个应用,距离车牌的远近不同、看车牌的角度不同、周围的光照强度不同、车牌的污损程度不同都会对识别算法有不同的要求,目前普遍的做法是将所有这些场景的车牌照片都收集起来进行训练,用训练出的模型对所有场景进行车牌识别。即便近距离站在车牌正前方拍的照片也要用相同的智能程度、相同的算力和时间进行分析识别。如果后期要优化算法,要增加识别距离等,还需要在优化的同时考虑是否对上一版本已经解决的场景产生了不良的效果。

相对的,人脑在进行车牌识别的时候则会根据不同场景选择不同的智能程度、使用不同的时间识别出车牌,例如,站在车辆正前方看车牌时立刻能识别出来,而傍晚时分站在100米远的地方则需要盯着仔细看一会儿才能看清并识别出车牌。

当然了,在目前的人工智能应用中,也有通过附加条件来选择不同的模型,以达成不同的智能程度切换的,譬如说,有的应用会增加光照强度的判断,通过阈值选择不同的模型进行计算分析,例如,白天的光照情形选择白天用的模型,夜晚的光照条件选择夜晚用的模型。诸如此类的工程方法不在本文讨论的算法范畴之内,有兴趣的可以自行对比。

4. 总结

深度学习技术和模型应具备自动调整智能程度的能力,以便在不同难度的场景使用不同的智能程度,来减少总的算力和时间消耗,同时节约相应的能源和时间,也能更接近人工智能的初衷,更接近人脑的思考模式。

有兴趣的也可以参考“确定性神经网络”及对应的“神经网络连子棋”,该模型中会进行智能程度自动调节,对不同难度的棋局需要不同的预测和落子时间。

评估深度学习模型智能自动控制预测中的性能,可以从以下几个方面进行考量: - **准确率(Accuracy)**:模型在特定情境下预测正确的概率,体现了模型整体的预测正确性。例如在一定时间段内,模型对窗户开关状态预测正确的次数占总预测次数的比例。 - **精确率(Precision)和召回率(Recall)**:精确率表示预测结果中实际为正样本的比例,召回率表示实际为正样本被正确预测的比例。在智能窗控制中,正样本可以定义为需要开窗或关窗的情况。精确率衡量了模型预测为需要开窗或关窗时,实际确实需要的比例;召回率衡量了实际需要开窗或关窗时,模型正确预测的比例。 - **F1分数(F1 Score)**:综合准确率、精确率和召回率的指标,用于评估模型的整体性能。F1分数越高,说明模型在精确率和召回率之间达到了较好的平衡,能更全面地反映模型智能窗控制预测中的表现。 - **情境适度(Context Adaptation)**:模型在不同情境下的适能力。智能窗面临的环境情境复杂多变,如不同季节、不同天气状况等。一个好的模型能在各种情境下都有较好的预测性能,能够根据环境的变化及时调整对窗户的控制预测。 - **均方误差(MSE)**:计算预测值与真实值之间误差的平方的平均值。在智能窗控制预测中,可用于衡量模型对窗户开合角度等连续值预测的准确性,MSE值越小,说明模型的预测越接近真实情况。 - **平均绝对误差(MAE)**:预测值与真实值之间绝对误差的平均值。与MSE类似,MAE也是衡量模型预测误差的指标,但它对异常值的敏感度相对较低,能更直观地反映模型预测的平均偏差程度。 以下是使用Python和Scikit-learn库计算上述部分指标的示例代码: ```python from sklearn.metrics import accuracy_score, precision_score, recall_score, f1_score, mean_squared_error, mean_absolute_error import numpy as np # 假设这是真实的窗户控制标签 y_true = np.array([1, 0, 1, 0, 1]) # 假设这是模型的预测标签 y_pred = np.array([1, 1, 1, 0, 0]) # 计算准确率 accuracy = accuracy_score(y_true, y_pred) # 计算精确率 precision = precision_score(y_true, y_pred) # 计算召回率 recall = recall_score(y_true, y_pred) # 计算F1分数 f1 = f1_score(y_true, y_pred) # 假设这是真实的窗户开合角度值 y_true_continuous = np.array([30, 45, 60, 15, 20]) # 假设这是模型预测的窗户开合角度值 y_pred_continuous = np.array([32, 42, 58, 18, 22]) # 计算均方误差 mse = mean_squared_error(y_true_continuous, y_pred_continuous) # 计算平均绝对误差 mae = mean_absolute_error(y_true_continuous, y_pred_continuous) print(f"准确率: {accuracy}") print(f"精确率: {precision}") print(f"召回率: {recall}") print(f"F1分数: {f1}") print(f"均方误差: {mse}") print(f"平均绝对误差: {mae}") ```
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