人工智能导论 第 4 章 · 第一节
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第 4 章 深度学习新方法 · 第一节

自监督学习

没有人标答案,让数据自己给自己出题
本 节 知 识 点
  1. 01深度学习新方法
  2. 03监督学习与自监督学习
  3. 04先预训练,再微调
  4. 05自监督学习的两类方法
  5. 06掩码学习:遮住再补
  6. 07掩码学习的两种做法
  7. 08对比学习的三类样本
01
第 4 章 · 第一节

深度学习新方法

标注少、模型大、算力紧,这一章讲应对这三件难事的办法。

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知道更多本章讲什么

第一至三节讲没有标注也能训练的自监督学习,以及怎样把练好的模型搬到新任务上、压得更小。第四、五节讲训练时补数据、补算力、省显存的技巧。第六、七节讲怎样看清模型内部学到了什么。

重 点和第 3 章的不同

第 3 章的逻辑回归、决策树等方法要用人标好的答案,模型也不大。这一章面对的情况正好相反:标注很少,模型很大,一张显卡可能都装不下。

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监督学习与自监督学习

监督学习靠人标的答案,自监督学习的答案藏在数据里。

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关键术语

自监督学习Self-Supervised Learning
不需要人来标注,由数据自己产生题目和答案来训练。
特征Feature
模型从数据里提取出的一组数,用来描述这张图或这段话。

重 点两行图的区别

上面一行,每张照片都标好了猫或狗,模型照着答案学。下面一行全是“未知”,没有人告诉模型这是什么。两行用的网络可以一模一样,差别在于训练用的答案从哪里来。

打个比方

做配了答案的练习册,是监督学习。拿一篇课文遮住几个字默写,写完翻书对照,是自监督学习,答案就在课文里。

04
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先预训练,再微调

先用海量无标注数据练基本功,再用少量标注数据学具体任务。

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关键术语

预训练Pre-training
先用大量数据训练出一个通用的模型。
微调Fine-tuning
在预训练模型的基础上,用少量标好的数据再训练一会儿,让它适应具体任务。

重 点两步用的数据不一样

第一步用海量没有标注的图片做自监督学习,学会一套通用的看图本领,图中叫“特征通用表示”。第二步接上分类器(Classifier),只用少量标好的图片教它认狗。

打个比方

先读十几年书打基础,这时还不知道以后做什么工作。入职后做几周岗位培训就能上手。上学对应预训练,岗位培训对应微调。

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自监督学习的两类方法

一类是遮住一部分让模型补,一类是让模型认出同一张图。

第 5 页 自监督学习的两类方法

两种自己给自己出题的办法

掩码学习:遮住,再补回来窗外下着?雨大涂黑一部分把整张画出来对比学习:找出同一张图这只猫同一只猫裁剪、调色后狗 A一只杯子拉近推远
掩码学习

把句子遮掉一个字,或把图片涂黑几块,让模型根据剩下的部分补出来。答案就是被遮住的原文。

对比学习

把同一张图裁剪、调色,做出两个版本。模型要认出这两个版本来自同一张图,并把它们和别的图区分开。

两种题目都不需要人来出,题目和答案都从数据本身来。

重 点为什么这样能学到本领

要把“窗外下着?雨”补成“大雨”,模型得知道雨有大有小。要认出裁剪、调色后的猫还是那只猫,模型得抓住猫的模样,不能只记颜色。做这些题,逼着模型学会看懂内容。

打个比方

掩码学习像做完形填空。对比学习像在一叠照片里,找出同一张照片的彩色版和黑白版,不用说出照片上是谁,只要认出它们是同一张。

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掩码学习:遮住再补

遮住句子里的词或图片的一部分,让模型从上下文把它推出来。

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关键术语

掩码Mask
把输入的一部分遮住。图中的 [MASK] 就是被遮住的词。
上下文Context
被遮住部分前后的内容,模型靠它来推断。

重 点看图的两个例子

左边把一句英文和一句中文里的几个词换成 [MASK],让模型猜出原词。右边把一张山景图切成小方块,随机涂黑一大片,让模型把涂黑的地方画回来。

随堂练习

把“自监督学习是无监督学习的一类方法”遮成“自监督学习是[MASK]学习的[MASK]方法”,训练时的标准答案从哪里来?

  1. 老师逐句标注
  2. 被遮住的原文
  3. 另一个模型给出
  4. 随机生成
查看答案
答案 B。遮住的词原本就在句子里,把原文拿来对照就知道猜得对不对,不需要任何人另外标注。
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掩码学习的两种做法

一种只看前文往后接,一种看着前后往中间填。

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关键术语

自回归Autoregressive
只看前面已有的内容,预测下一个。代表是 GPT(Generative Pre-trained Transformer)。
自编码Autoencoding
随机遮住一部分,看着剩下的内容补回来。代表是 MAE(Masked Autoencoder)。

重 点左图六行是同一句话

第 1 轮只给“凡是过去,”,让模型猜出“皆”。第 2 轮接上“皆”,再猜“为”。一个字一个字往后接,直到输出表示结束的 [EOS]。聊天大模型就是这样生成文字的。

知道更多图片能遮掉多少

MAE 会随机遮掉约四分之三的小块,文字通常只遮约 15%。图片里相邻的小块很像,遮得多也推得出来。

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对比学习的三类样本

拉近锚点和正样本,推远锚点和负样本。

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关键术语

锚点样本Anchor
当作参照的那张图,它的特征记作 q。
正样本Positive
和锚点算作同一类的图,特征记作 k⁺。
负样本Negative
和锚点不是同一类的图,特征记作 kᵢ,一共有 K 个。

重 点没有标注,正样本从哪来

图中的正样本是另一只猫。没有标注时,常把同一张图随机裁剪、翻转、调色,做出两个版本,一个当锚点,一个当正样本,别的图都当负样本。

随堂练习

锚点是一张猫的照片。把这张照片左右翻转后得到的新图,在对比学习里算什么?

  1. 锚点样本
  2. 正样本
  3. 负样本
  4. 不能使用
查看答案
答案 B。翻转后的图和原图来自同一张照片,内容相同,所以是正样本。负样本是别的照片,比如图中的狗。
保山学院·人工智能教研室·曹鼎鼎