什么是迁移学习?
迁移学习的工作原理是什么

迁移学习的基本原理
迁移学习的核心思想是利用已经学习过的知识来帮助学习新任务,从而提高新任务的学习效率和性能。在迁移学习中,一个在源领域训练好的模型会被转移并微调以适应目标领域的新任务。这种方法的优势在于,预训练模型已经学习了一些基础的特征、权重和函数,因此相比从头开始训练一个全新的模型,预训练模型能更快地适应新任务。

迁移学习的不同策略
根据源领域和目标领域的关系,迁移学习可分为几种不同的策略:
横向迁移学习指的是将知识从一个特定的源领域转移到一个不同但相关的目标领域。这种策略在目标领域的标注数据很少或没有时非常有用,因为模型可以利用之前获得的知识来完成新任务。
纵向迁移学习用于源领域和目标领域相同,但需要完成的任务不同的情况。由于预训练模型已经熟悉了源数据,因此可以更快地训练以完成新的功能。
无监督迁移学习采用了类似于纵向迁移的策略,但源领域和目标领域中都只有未标注的数据。模型会学习未标注数据的共同特征,以更准确地泛化到目标任务。

迁移学习的优势
通过利用迁移学习,组织只需要花费小部分训练全新模型所需的成本和时间,就可以将现有模型调整以满足自身需求。这降低了机器学习的可及性,并有助于开发定制的使用案例。
迁移学习有哪些优势

提高学习效率
迁移学习可以重用和转移之前学习任务的信息,从而显著提高新任务的学习效率,减少所需的数据量、时间和计算资源。

降低成本和资源需求
迁移学习克服了从头开始训练深度学习模型所需的大量数据、资源和计算能力的障碍,组织可以以较低的成本调整现有模型以满足特定需求。

特征解耦
在生成模型中,迁移学习可以将数据的不同方面(如内容和风格)分离为不同的表示,从而允许模型在迁移学习过程中独立操作这些方面。

跨模态迁移
迁移学习可以在不同模态(如文本和图像)之间转移知识,使生成模型能够学习适用于这些模态的表示。

支持零样本和少样本学习
通过利用学习到的表示,对于在训练期间的示例很少或没有示例的任务,生成模型也可以执行并生成数据。
如何使用迁移学习
迁移学习是一种在机器学习中广泛应用的技术,它通过重用已学习的知识来提高相关任务的性能。相比从头开始训练,迁移学习可以显著提高学习效率。以下是如何使用迁移学习的几个关键步骤:

选择预训练模型
第一步,选择一个在相关领域或任务上预先训练好的模型。这个预训练模型已经学习了一些通用的特征表示,可以为新任务提供良好的起点。常见的预训练模型包括在 ImageNet 数据集上训练的计算机视觉模型,以及在大型文本语料库上训练的自然语言处理模型。

在目标数据上微调
最后一步,在目标任务的数据上对模型进行微调训练。在这个过程中,模型会学习新任务的特定模式,同时保留之前学到的通用知识。微调的迭代次数通常比从头训练要少,因为模型已经具备了相关的特征表示能力。

调整模型架构
根据目标任务的特点,对预训练模型的架构进行微调。例如,可以冻结模型的部分层,只训练最后几层;或者根据新任务的输入输出,调整模型的输入输出层。此外,还需要根据新任务调整模型的超参数,如学习率、正则化强度等。

迁移学习策略
根据源域和目标域的不同,迁移学习可以采用不同的策略。如果源域和目标域相同但任务不同,可以使用归纳迁移学习;如果源域和目标域不同,可以使用横向迁移学习。生成式AI模型也可以通过域对抗训练和跨模态迁移学习等技术来利用迁移学习。
迁移学习有哪些应用场景
迁移学习在各种领域都有广泛的应用场景,可以显著提高机器学习模型的效率和性能。以下是一些典型的应用场景:

跨领域模型迁移
迁移学习可以帮助将在某个领域训练的模型迁移到另一个相似但不同的领域。比如,将训练好的产品评论情感分析模型迁移到电影评论领域,利用两个领域在结构和语言使用上的相似性,快速适应新领域。这种跨领域迁移可以大大节省训练新模型的时间和资源。

定制化模型开发
对于一些专业领域如医疗影像分析、环境监测、人脸识别等,通过迁移学习可以在有限的数据集上快速开发出定制化的机器学习模型。企业和组织无需从头训练模型,而是利用现有的通用预训练模型作为基础,大幅降低了开发定制模型的门槛。

提高模型鲁棒性
迁移学习可以提高模型在多样化和复杂环境下的鲁棒性和性能表现。通过迁移学习训练的模型,在初始阶段就接触到了大量多样化的数据,因此能更好地处理现实世界中的噪音和变化。
迁移学习的挑战有哪些
迁移学习是一种机器学习技术,旨在利用已有的模型知识来加速新任务的学习过程。然而,迁移学习也面临着一些挑战和困难。首先,源域和目标域之间的差异会影响迁移学习的效果,如果两个领域的数据分布存在较大差异,直接迁移可能会导致性能下降。其次,如何选择合适的预训练模型并确定需要微调的层数也是一个难题,不同的选择会对最终的性能产生影响。此外,在某些领域缺乏大规模标注数据的情况下,迁移学习的效果也会受到限制。因此,如何有效地解决这些挑战是迁移学习需要继续探索的重点方向。
迁移学习与其他机器学习方法的区别是什么

利用先前知识提高学习效率
迁移学习与其他机器学习方法的关键区别在于,它能够用从先前任务中获得的知识来提高相关任务的性能。与从头开始训练模型相比,这种方法可以显著提高学习效率。相比之下,传统的机器学习方法则专注于最小化特定训练集上的损失,没有利用其他任务的知识。

涉及多目标优化
迁移学习与成本敏感机器学习和多目标优化有关,因为它涉及使用多个目标函数进行训练。此外,迁移学习已被应用于图像分类之外的多个领域,如手势识别、医学成像和垃圾邮件过滤。

无需预先结构化模型
机器学习算法能够在数据中检测潜在模式,而无需预先结构化模型。迁移学习在此基础上,能够在不同任务之间转移学习模式,而不是孤立地学习每个任务。
迁移学习的发展历史是什么
迁移学习是一个活跃的研究领域,可以追溯到 20 世纪 70 年代。以下是迁移学习的发展历史:

早期研究
1976 年,Bozinovski 和 Fulgosi 发表了一篇论文,提出了迁移学习在神经网络训练中的数学和几何模型。1981 年,一份报告考虑了将迁移学习应用于计算机终端字母图像数据集,实验证明了正迁移和负迁移学习。

90 年代的进展
到 20 世纪 90 年代后期,该领域取得了重大进展。1992 年,Lorien Pratt 提出了基于可区分性的迁移(DBT)算法。到 1998 年,该领域已扩展到包括多任务学习,并建立了更正式的理论基础。这一时期影响深远的出版物包括 1998 年出版的 "学习学习" 一书。

2000 年代和 2010 年代
在 2000 年代和 2010 年代,迁移学习继续是一个活跃的研究领域。2016 年,Andrew Ng 在一次教程中表示,在监督学习之后,迁移学习将成为机器学习商业成功的下一个主要驱动力。

最新进展
现阶段,迁移学习已应用于各种领域,包括癌症亚型发现、建筑利用、通用游戏、文本分类、数字识别、医学成像和垃圾邮件过滤等。
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