深度學(xué)習(xí)應(yīng)用技術(shù)探討

摘要：深度學(xué)習(xí)作為當(dāng)今計(jì)算機(jī)智能產(chǎn)業(yè)中重要的一支，其在計(jì)算機(jī)視覺、語音識別、自然語言的處理方面已經(jīng)有了相當(dāng)規(guī)模的應(yīng)用。以深度學(xué)習(xí)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)的具體應(yīng)用為目標(biāo)進(jìn)行分析研究，已經(jīng)成為當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)中的熱門。本文通過分析逐層預(yù)訓(xùn)練后再用微調(diào)的深度學(xué)習(xí)貪婪層訓(xùn)練方法， 深入了解了深度學(xué)習(xí)深層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，同時(shí)涉獵時(shí)下最流行的五層深度網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部組成。通過認(rèn)真研究相關(guān)內(nèi)容，展望了深度學(xué)習(xí)的未來前景。

關(guān)鍵詞：深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；梯度下降；驗(yàn)證集；監(jiān)督學(xué)習(xí)；貪婪層訓(xùn)練方法；深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)作為機(jī)器學(xué)習(xí)的一項(xiàng)新興內(nèi)容，經(jīng)過對大量經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，實(shí)現(xiàn)了可以通過自動學(xué)習(xí)的方法使計(jì)算機(jī)的算法得到提升，其在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用，已經(jīng)從最初的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概念、人工神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型，發(fā)展到通過收集用戶的行為運(yùn)作，分析其行為模式，進(jìn)而生成信息過濾系統(tǒng)而了解使用者的興趣所在。國際上流行的貪婪逐層方法使深度學(xué)習(xí)成為機(jī)器學(xué)習(xí)研究的一個新領(lǐng)域。對于數(shù)據(jù)信息的大需求量，決定了深度學(xué)習(xí)符合大數(shù)據(jù)時(shí)代的相關(guān)要求的特性。其應(yīng)用主要表現(xiàn)在：

1 深度學(xué)習(xí)在Supervised Learning（監(jiān)督學(xué)習(xí)）中的應(yīng)用

這是一種非常繁瑣的提取方案，深度學(xué)習(xí)與普通機(jī)器學(xué)習(xí)的區(qū)別在于多個隱層，對每一層特征的歸納總結(jié)并非由人工完成，而是模擬人腦機(jī)能在分析大量信息基礎(chǔ)上習(xí)得的。作為機(jī)器學(xué)習(xí)非常流行的學(xué)習(xí)方法，監(jiān)督學(xué)習(xí)需要捕獲足夠數(shù)據(jù)，且這些數(shù)據(jù)已經(jīng)將確定的結(jié)果標(biāo)簽化。通過這種方式來學(xué)習(xí)一個系統(tǒng)假設(shè)。例如要學(xué)習(xí)一個表情識別系統(tǒng)，首先需要通過設(shè)備收集大量人臉表情圖像，而且每個圖案都具備該圖像對應(yīng)的表情詳細(xì)代表的結(jié)果標(biāo)簽。若系統(tǒng)假設(shè)是一類回歸問題； 另外一類預(yù)測值只有很少的幾個離散取值，則我們把這種學(xué)習(xí)問題叫做分類問題。當(dāng)前最廣泛的機(jī)器學(xué)習(xí)問題基本都可歸為分類問題，監(jiān)督學(xué)習(xí)也可以歸為分類問題的范疇。

1.1 對于降低梯度的問題的解決方案

普通的學(xué)習(xí)訓(xùn)練方式包括：①=1＼*GB3全批量梯度下降；②=2＼*GB3隨機(jī)小批量梯度下降；③=3＼*GB3隨機(jī)梯度下降，目的在于精確調(diào)整權(quán)向量，為每個指標(biāo)的重要程度計(jì)算一個最大變化量，人為使權(quán)重發(fā)生一個微弱的變化，而目標(biāo)函數(shù)通過升高或降低來調(diào)節(jié)權(quán)重。兩種方式的不同之處是：利用樣本的手段有所區(qū)別。全批量梯度下降算法將全部樣本的誤差計(jì)算出來，進(jìn)而得到目標(biāo)函數(shù)，每個指標(biāo)的重要程度沿最大變化量進(jìn)行反向移動，把學(xué)習(xí)率漸漸降低，對防止誤導(dǎo)結(jié)果方向是有效的。

1.2 訓(xùn)練集、驗(yàn)證集與測試集

訓(xùn)練在結(jié)束以后，可以用一種未投入訓(xùn)練的樣本集合檢驗(yàn)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)成效。我們把投入訓(xùn)練的樣本集叫做訓(xùn)練集，訓(xùn)練結(jié)束后進(jìn)行測試，然后收集到所有測試成果，所有成果樣本的總稱為測試集。現(xiàn)在，訓(xùn)練方法得到了革新，將測試集投入訓(xùn)練，以檢驗(yàn)該模型的優(yōu)化程度。用投入的樣本依次更新該指標(biāo)在整體評價(jià)中的相對重要程度，以測試集代替樣本集對訓(xùn)練的效果進(jìn)行檢驗(yàn)，如果產(chǎn)生最大效果，就要立刻中止更新。因?yàn)閰⑴c檢驗(yàn)的范例已經(jīng)進(jìn)行了學(xué)習(xí)，已經(jīng)不再具備評估的功能，因此需要用驗(yàn)證集來進(jìn)行驗(yàn)證。訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測試集形成了樣本不可分割的組成部分。驗(yàn)證集的作用是通過算法判斷受評模塊是否達(dá)到最優(yōu)；測試集的測試結(jié)果表現(xiàn)在受測模塊辨識新樣本的水平。

1.3 Classifier與深度學(xué)習(xí)的組成

線性Classifier是當(dāng)下便捷而實(shí)用的分類器，第一需要計(jì)算范例信息中各部分特征加權(quán)之和，如果這個結(jié)果大于限定值， input就要劃分到專屬的類當(dāng)中，如果這個結(jié)果小于限定值，input就要劃分到另一類當(dāng)中。圖形和人聲的處理相對復(fù)雜，使系統(tǒng)對物體的位置、方向、光線強(qiáng)度、腔調(diào)、地方語言等無關(guān)因素不敏感，然而又對微小差別產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)。深度學(xué)習(xí)不用手工選擇良好的特征提取器，僅需接受普通訓(xùn)練就能完成自動學(xué)習(xí)的過程，既能對微小的差別產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，又能忽略非關(guān)鍵因素的干擾。

2 深度學(xué)習(xí)中建立多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

①=1＼*GB3一層一層的建立單層神經(jīng)單位，每次只對一個單層訓(xùn)練；

②=2＼*GB3全部單層逐一訓(xùn)練完成后，可以利用wakesleep算法優(yōu)化；

③=3＼*GB3 認(rèn)識感知過程 ，與外部特征相匹配后生成各層的抽象表示，并生成權(quán)重；

④=4＼*GB3生成過程，利用頂層表示和向下權(quán)重，生成底層的狀態(tài)，同時(shí)即時(shí)更新規(guī)則。

3 深度學(xué)習(xí)應(yīng)用中的貪婪逐層方法

貪婪逐層方法的基本思想是：訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)的頻率是每次一層，第一次訓(xùn)練的時(shí)候，該網(wǎng)絡(luò)只能包含一個隱藏層，只有當(dāng)這個僅包含一個隱藏層的網(wǎng)絡(luò)受訓(xùn)結(jié)束后，才能將下一個訓(xùn)練目標(biāo)定為包含兩個隱藏層的網(wǎng)絡(luò)，按這個規(guī)律進(jìn)行各層的訓(xùn)練。在各道工序中，需要固定好前面已經(jīng)訓(xùn)練好的一層，才可以增加下一層。可以在監(jiān)督下進(jìn)行每一層的訓(xùn)練，然而業(yè)內(nèi)常用像autocoderHYPERLINK"http：//www.so.com/link？url=http%3A%2F%2Fdict.youdao.com%2Fsearch%3Fq%3Dautocoder%26keyfrom%3Dhao360&q=%E8%87%AA%E5%8A%A8%E7%BC%96%E7%A0%81%E5%99%A8+%E8%8B%B1%E8%AF%AD&ts=1522330884&t=5dcc357b86d168ef385c280436b951d"＼t"_blank"一類的無監(jiān)督方法。每一層訓(xùn)練成果中得到的權(quán)重，我們可以用這個權(quán)重還原全部的深度網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重，最后以“微調(diào)”的方式調(diào)整整個網(wǎng)絡(luò)。貪婪逐層方法已經(jīng)在財(cái)務(wù)管理以及勞資管理系統(tǒng)中有出色表現(xiàn)。

4 結(jié)語

綜上所述，本文回顧了深度學(xué)習(xí)的發(fā)展歷程及應(yīng)用成就，詳細(xì)闡述了逐層預(yù)訓(xùn)練后再用微調(diào)的深度學(xué)習(xí)貪婪層訓(xùn)練方法，從生物學(xué)與仿生學(xué)的角度來說，深度學(xué)習(xí)通過模擬人體大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中參與認(rèn)知學(xué)習(xí)部分，并以接近人體大腦的思維方式對相關(guān)信息做出說明與判斷，從其智能化的角度來說，具有極大的市場應(yīng)用前景，然而由于其天生缺點(diǎn)，其技術(shù)仍然需要在實(shí)踐中不斷改進(jìn)，相信隨著計(jì)算機(jī)與仿生技術(shù)的進(jìn)步，深度學(xué)習(xí)在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用將更加廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]Mitchell T.Machine learning[M].[S.l.]： Mc Graw Hill，1997.

[2]Alpaydin E.Introduction to machine learning[M].Cambridge：MITPress，2004.

[3]Samuel A L.Some studies in machine learning using game of checkers[J].IBM Journal of Research and Development，2000，44（1/2）：206226.

作者簡介：陳思宇（1997），男，河南西平人，2014級網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)在讀本科生。