機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)和工程方面的優(yōu)化

許景盛

[摘要]我國(guó)在進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，信息化、智能化技術(shù)的影響力正不斷擴(kuò)大，并且在一定程度上來(lái)說(shuō)，信息技術(shù)水平的高低成為衡量一個(gè)國(guó)家技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)水平等的一個(gè)關(guān)鍵因素。因?yàn)榧夹g(shù)的應(yīng)用，從而使我們的生活步入了快節(jié)奏的發(fā)展時(shí)代中，各種人工智能的應(yīng)用，為我們生活增添很多便利的同時(shí)，也帶來(lái)了一些問(wèn)題。現(xiàn)在人工智能的水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人類智力，但在很多領(lǐng)域，人工智能在一定程度上取代了人類。為了更好的提升我國(guó)的技術(shù)水平，推動(dòng)人工智能在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，將人工智能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，會(huì)在很大程度上提高生產(chǎn)率，同時(shí)還會(huì)降低生產(chǎn)成本。在帶來(lái)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，我們?nèi)匀徊荒芎雎匀斯ぶ悄鼙旧響?yīng)用時(shí)所存在的實(shí)際問(wèn)題，人工智能之所以產(chǎn)生并應(yīng)用，是源于機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的產(chǎn)生和應(yīng)用。為了更好的促進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮其更大的作用，我們需要進(jìn)一步改進(jìn)關(guān)于系統(tǒng)和工程的優(yōu)化。

[關(guān)鍵詞]機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)；工程優(yōu)化；存在問(wèn)題；改進(jìn)策略

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，我國(guó)各方面的發(fā)展都在不斷進(jìn)步，進(jìn)入到二十一世紀(jì)以后，我國(guó)在技術(shù)方面的發(fā)展突飛猛進(jìn)，制造出很多技術(shù)領(lǐng)先的產(chǎn)品。科學(xué)一詞在不同的時(shí)代會(huì)賦予它不同的含義，隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，創(chuàng)新的科學(xué)技術(shù)也不斷提高，科技作為國(guó)家的第一生產(chǎn)力也顯得尤為重要。目前工業(yè)4.0正如火如荼的發(fā)展，使得很多新型技術(shù)逐漸的創(chuàng)造發(fā)掘出來(lái)，在工業(yè)4.0新型技術(shù)大潮下，我國(guó)人工智能的應(yīng)用及工程優(yōu)化都緊跟步伐，并且人工智能作為工業(yè)發(fā)展強(qiáng)有力的支撐，也在不斷提升迭代，在工業(yè)界嘗試更多應(yīng)用。接下來(lái)，本文將結(jié)合自己的研究經(jīng)驗(yàn)，就機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)和工程方面的優(yōu)化這一問(wèn)題展開了具體的闡述。僅供參考。

一、機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)和工程方面優(yōu)化的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)和工程方面的優(yōu)化一直以來(lái)都是我國(guó)十分重視的技術(shù)行業(yè)，因?yàn)楦呖萍夹袠I(yè)掌控著整個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈，同時(shí)對(duì)于人們的生活也會(huì)造成很大的影響。然而在機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)工程優(yōu)化中仍存在著一些問(wèn)題，例如機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)能力不佳，優(yōu)化到一定程度所遇到的瓶頸，從而無(wú)法在工業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用，以及在隱私、風(fēng)險(xiǎn)控制方面制度不夠規(guī)范所會(huì)引起的一系列問(wèn)題。這都是目前人工智能行業(yè)發(fā)展所要面對(duì)的，為了進(jìn)一步改善目前的這種狀況，就需要不斷的提升算法水平和機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)性能，同時(shí)還要不斷地規(guī)范控制管理制度等，通過(guò)多方面的同步改進(jìn)，來(lái)促進(jìn)我國(guó)人工智能產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。如今，世界充滿了數(shù)據(jù)。我們每天可以從圖片、音樂(lè)、文字、電子表格、視頻和更多不同的渠道得到大量數(shù)據(jù)，并且這個(gè)過(guò)程看起來(lái)不會(huì)很快就慢下來(lái)。機(jī)器學(xué)習(xí)帶來(lái)了從所有這些數(shù)據(jù)中獲取意義的承諾。

二、機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)和工程方面的優(yōu)化中存在的問(wèn)題

機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)和工程方面的優(yōu)化在當(dāng)今的時(shí)代已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，同時(shí)也為推動(dòng)社會(huì)發(fā)展起到了很大的推動(dòng)作用。機(jī)器學(xué)習(xí)更好的讓人們逐漸熟悉并掌握數(shù)據(jù)、信息、智能等高科技的應(yīng)用，另一方面，也讓人們認(rèn)識(shí)到只有逐漸提高自身的能力及創(chuàng)新能力，才能不被人工智能所取代。機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍不斷拓展的同時(shí)，也帶來(lái)了一些問(wèn)題。就是面對(duì)在實(shí)際應(yīng)用中存在的一些問(wèn)題，我們應(yīng)該怎么解決，實(shí)現(xiàn)工程優(yōu)化。接下來(lái)，將從四個(gè)方面對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)和工程優(yōu)化中存在的問(wèn)題進(jìn)行具體分析：

（一）模擬系統(tǒng)優(yōu)化訓(xùn)練集上欠擬合，auc等度量指標(biāo)不佳

機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)是將數(shù)據(jù)與智能完美結(jié)合的一種高科技應(yīng)用。隨著時(shí)代的發(fā)展進(jìn)步，機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)逐漸產(chǎn)生并且在各國(guó)家都得到了很好的應(yīng)用。很多國(guó)家為了提高本國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平，在機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)方面不斷創(chuàng)新，并進(jìn)行優(yōu)化，使其達(dá)到最好的使用效果。然后在模擬機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)優(yōu)化中，由于系統(tǒng)優(yōu)化訓(xùn)練集上欠擬合，從而導(dǎo)致auc等度量指標(biāo)不佳。而訓(xùn)練集上欠擬合一般是由于數(shù)據(jù)中特征或模型無(wú)法充分刻畫預(yù)測(cè)的目標(biāo)導(dǎo)致。如何更好的提升這種等度量指標(biāo)是機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)優(yōu)化目前所面臨的主要問(wèn)題之一。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們應(yīng)該不斷地對(duì)特征進(jìn)行優(yōu)化，嘗試更多最新的優(yōu)化方法，并在此基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新將其影響降到最小。

（二）模擬系統(tǒng)優(yōu)化訓(xùn)練集上過(guò)擬合，但預(yù)測(cè)集效果差（泛化能力差）

在機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)和工程的優(yōu)化中，最常見的問(wèn)題可能就是由于模擬系統(tǒng)優(yōu)化訓(xùn)練集上過(guò)擬合問(wèn)題。過(guò)擬合情況下在模擬系統(tǒng)中會(huì)得到非常好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但在新的測(cè)試集或?qū)嶋H應(yīng)用中就發(fā)現(xiàn)模型效果大幅下降。造成過(guò)擬合的原因可能是數(shù)據(jù)量少訓(xùn)練集有偏不能完全代表真實(shí)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)分布，導(dǎo)致對(duì)訓(xùn)練集過(guò)度學(xué)習(xí)。為了更好的解決這一問(wèn)題，我們所采取的方法有正則化方法或者是通過(guò)增大數(shù)據(jù)集，使其在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)到更好的效果。

（三）預(yù)測(cè)效果異常的好

在實(shí)際的工程系統(tǒng)優(yōu)化中，我們對(duì)每一種問(wèn)題產(chǎn)生的原因都是要進(jìn)行具體分析的，同時(shí)對(duì)于一些高難度問(wèn)題我們?nèi)孕枰e極克服、改進(jìn)，能夠讓其在實(shí)際的應(yīng)用中為公司企業(yè)或者是國(guó)家都帶來(lái)最大的效益。在機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的工程優(yōu)化中，預(yù)測(cè)結(jié)果太差無(wú)法進(jìn)行工業(yè)化，同樣預(yù)測(cè)結(jié)果太好也值得懷疑，我們就需要時(shí)刻保持警惕，因?yàn)樗苡锌赡芴卣骷谢烊肓税琹abel信息的特征，例如未來(lái)的信息等。在實(shí)際應(yīng)用中，可能當(dāng)其處于離線狀態(tài)時(shí)，應(yīng)用效果會(huì)很好，在上線時(shí)問(wèn)題就會(huì)暴露，而此時(shí)已經(jīng)來(lái)不及對(duì)問(wèn)題進(jìn)行補(bǔ)救。因此，在優(yōu)化過(guò)程中一定要做好關(guān)于系統(tǒng)優(yōu)化訓(xùn)練集的準(zhǔn)確度把握，盡量減少問(wèn)題的產(chǎn)生。

（四）系統(tǒng)優(yōu)化的效果提升到達(dá)一定瓶頸

近年來(lái)，對(duì)于機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的工程優(yōu)化效果的提升出現(xiàn)了一個(gè)瓶頸，可優(yōu)化的空間變得越來(lái)越小，這對(duì)于機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的應(yīng)用和工業(yè)化是很不利的。如何更好的解決這一問(wèn)題，我們需要去嘗試更多的新方法，例如：將時(shí)下流行的深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)的最新成果引入到傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)算法的應(yīng)用場(chǎng)景中，才有可能突破現(xiàn)有瓶頸。

三、關(guān)于機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)和工程方面優(yōu)化的方法分析

時(shí)代在發(fā)展進(jìn)步，對(duì)于我國(guó)的任何一個(gè)行業(yè)的發(fā)展我們都不容忽視其的存在。雖說(shuō)在機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的應(yīng)用及工程優(yōu)化方面對(duì)技術(shù)的要求比較高，但其帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也是很大的。所以，在目前的社會(huì)發(fā)展中，對(duì)于機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的應(yīng)用及工程的優(yōu)化，我們需要更加的重視。針對(duì)上述機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)和工程優(yōu)化中存在的一些問(wèn)題，我們需要從不同方面進(jìn)行改進(jìn)。接下來(lái)，主要從四個(gè)方面進(jìn)行具體的分析：

（一）梯度下降法

首先，所采用的改進(jìn)策略就是梯度下降法。梯度下降法是最早最簡(jiǎn)單，也是最為常用的最優(yōu)化方法。主要通過(guò)隨機(jī)梯度下降法和批量梯度下降法實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。因此，在機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)和工程優(yōu)化中采用這種方法是很有優(yōu)勢(shì)的。

（二）牛頓法和擬牛頓法

其次，介紹的方法就是比較常見的牛頓法和擬牛頓法。這種方法的主要優(yōu)勢(shì)就在于它的優(yōu)化速度快，另外相比于牛頓法來(lái)說(shuō)擬牛頓法占有更大的優(yōu)勢(shì)。擬牛頓法的應(yīng)用也在一定程度上將優(yōu)化程序簡(jiǎn)單化，縮短了優(yōu)化時(shí)間。

（三）共軛梯度法

第三個(gè)改進(jìn)方法就是共軛梯度法，這種方法的優(yōu)勢(shì)就在于它是介于梯度下降法與牛頓法之間的一種很重要的優(yōu)化方法，很好的避免了另外兩種方法存在的一些缺點(diǎn)，從而獲得了更高的穩(wěn)定性。在機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)和工程優(yōu)化中，采用這種方法可以很好的提升機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的計(jì)算效率。

（四）啟發(fā)式優(yōu)化方法

最后一個(gè)改進(jìn)方法就是采用啟發(fā)式優(yōu)化方法。針對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)和工程優(yōu)化中存在的一些問(wèn)題，以及在處理問(wèn)題或者實(shí)際應(yīng)用中積累的一些經(jīng)驗(yàn)，對(duì)這些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)。然后反思，并做出改進(jìn)策略。這種方法看起來(lái)簡(jiǎn)單，但也需要長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累和技術(shù)能力。

四、關(guān)于機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)和工程方面的優(yōu)化前景分析

對(duì)于機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)和工程方面的優(yōu)化前景分析主要從兩方面來(lái)說(shuō)。目前，我國(guó)的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，逐漸影響了我們的衣食住行，但在人工智能方面的投入與美國(guó)還存在著很大的差距。首先，要不斷提高機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)及工程優(yōu)化中的技術(shù)水平，同時(shí)還要不斷創(chuàng)新，從而進(jìn)一步縮小與美國(guó)在人工智能水平方面的差距。其次，要不斷學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)還要提高技術(shù)型、專業(yè)性的職業(yè)素養(yǎng)和工作經(jīng)驗(yàn)、水平等。另外，在工程優(yōu)化方面，我們還需要做出很大的努力，只有這樣才能夠促使機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)發(fā)揮其更大的作用。

五、小結(jié)

俗話說(shuō)：“科技是第一生產(chǎn)力”。對(duì)于我國(guó)而言，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步在很大程度上影響著我國(guó)綜合國(guó)力的提升。近年來(lái)，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平得到了顯著的提升，但相對(duì)于美國(guó)來(lái)說(shuō)，還存在著一些差距。因此，在與國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行經(jīng)濟(jì)往來(lái)時(shí)，我們要善于學(xué)習(xí)，通過(guò)交流經(jīng)驗(yàn)，不僅可以提高經(jīng)濟(jì)效益還能夠?qū)W習(xí)到很多的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，在對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)和工程優(yōu)化方面國(guó)外一些先進(jìn)國(guó)家掌握一些成熟的技術(shù)和工作經(jīng)驗(yàn)，我們可以不斷的對(duì)其進(jìn)行學(xué)習(xí)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，不斷提升我國(guó)的總體經(jīng)濟(jì)實(shí)力。目前國(guó)內(nèi)在機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)和工程優(yōu)化方面，仍存在一些問(wèn)題。但總體而言，需要技術(shù)工人具有較高的專業(yè)素養(yǎng)，因?yàn)樵跈C(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)優(yōu)化及開發(fā)、控制的每個(gè)環(huán)節(jié)都需要良好的工藝，從而不斷提高我國(guó)機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的水平，也進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。