深度学习 Deep Learning 第15章 表示学习

深度学习 Deep Learning 第15章 表示学习

内容概要

本章探讨了表示学习的核心概念及其在深度学习中的重要性,重点分析了无监督预训练(尤其是贪婪逐层预训练)如何通过共享表征提升模型性能,并讨论了其在多任务学习、跨模态处理和小样本场景中的应用价值与理论依据。

主要内容

  1. 表示学习的基本概念

    • 表示学习通过将数据映射到不同的表示空间,使得某些任务(如分类)变得更加容易。
    • 一个好的表示应该在保留输入信息的同时,具有良好的性质(如独立性、稀疏性等)。
  2. 深度网络中的表示学习

    • 监督学习网络的隐藏层天然学习适合分类任务的表征(如使类别线性可分)。
    • 无监督学习(如自编码器、稀疏编码)通过优化特定目标(如密度估计)间接生成有用表征,并可通过共享表征支持多任务学习。
  3. 贪婪逐层无监督预训练

    • 历史背景:无监督预训练在深度神经网络的复兴中扮演了重要角色,使得研究人员能够训练深度监督网络而无需依赖卷积或递归结构。
    • 方法:通过逐层训练单层表示学习算法(如RBM、自编码器等),逐步构建深度网络。
    • 优势:无监督预训练可以初始化模型参数,减少过拟合,并提高模型性能。
  4. 无监督预训练的适用场景

    • 无监督预训练在标签数据较少但无标签数据丰富的场景中特别有效。
    • 无监督预训练可以作为正则化手段,帮助模型更好地泛化。
  5. 表示学习的成功原因

    • 理论优势:分布式表示和深度表示能够捕捉数据的复杂结构。
    • 数据生成过程的假设:表示学习基于对数据生成过程的假设,如数据的潜在因果关系。
  6. 表示学习的应用

    • 表示学习在无监督和半监督学习中具有广泛应用,特别是在处理大规模无标签数据时。
    • 通过学习良好的表示,可以显著提高模型在监督学习任务中的性能。

总结

第15章详细介绍了表示学习的概念及其在深度学习中的应用。表示学习通过学习数据的有效表示,使得后续的学习任务变得更加容易。贪婪逐层无监督预训练作为一种重要的表示学习方法,通过逐层训练单层模型,逐步构建深度网络。无监督预训练在标签数据较少的场景中特别有效,可以作为正则化手段提高模型性能。表示学习的成功不仅基于理论优势,还依赖于对数据生成过程的合理假设。这些方法在实际应用中取得了广泛的成功。
价值:

  • 为小样本学习提供可行路径,推动深度学习复兴。

  • 通过共享表征实现跨任务/模态知识迁移(如词嵌入提升NLP任务性能)。
    局限性:

  • 效果高度依赖任务特性(可能有害于某些任务)。

  • 预训练与微调的交互机制尚未完全理论化,优化过程黑箱性强。

精彩语录

  1. 中文 :表示学习通过将数据映射到不同的表示空间,使得某些任务(如分类)变得更加容易。
    英文原文 :Representation learning transforms data into different representation spaces, making certain tasks (such as classification) easier.
    解释:这句话强调了表示学习的核心目标,即通过改变数据的表示方式来简化后续任务。

  2. 中文 :贪婪逐层无监督预训练通过逐层训练单层模型,逐步构建深度网络。
    英文原文 :Greedy layer-wise unsupervised pretraining builds deep networks by training single-layer models one at a time.
    解释:这句话描述了贪婪逐层无监督预训练的基本方法,强调了逐层训练的优势。

  3. 中文 :无监督预训练在标签数据较少但无标签数据丰富的场景中特别有效。
    英文原文 :Unsupervised pretraining is particularly effective when labeled data is scarce but unlabeled data is abundant.
    解释:这句话指出了无监督预训练的适用场景,特别是在半监督学习中。

  4. 中文 :表示学习基于对数据生成过程的假设,如数据的潜在因果关系。
    英文原文 :Representation learning is based on assumptions about the data generation process, such as the underlying causal relationships in the data.
    解释:这句话强调了表示学习的理论基础,即对数据生成过程的合理假设。

  5. 中文 :通过学习良好的表示,可以显著提高模型在监督学习任务中的性能。
    英文原文 :Learning good representations can significantly improve model performance on supervised learning tasks.
    解释:这句话总结了表示学习的实际应用价值,特别是在监督学习中。

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