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【NLP 24、模型训练方式】

你的痛苦,我都心疼,想为你解决

                                                —— 25.2.15

一、按学习范式分类

1. 监督学习(Supervised Learning)

  • 核心思想:使用带有标签(已知输入-输出对)的数据训练模型。

  • 常见任务:分类(如垃圾邮件识别)、回归(如房价预测)。

  • 典型方法

    • 梯度下降法:通过反向传播调整模型参数,最小化损失函数。

    • 批量训练(Batch Training):每次迭代使用全部数据计算梯度。

    • 小批量梯度下降(Mini-batch Gradient Descent):每次使用一小部分数据(平衡速度和稳定性)。

    • 随机梯度下降(SGD):每次使用单个样本(收敛快但噪声大)。


2. 无监督学习(Unsupervised Learning)

  • 核心思想:从无标签数据中学习数据的内在结构。

  • 常见任务:聚类(如客户分群)、降维(如PCA)、生成(如GAN生成图像)。

  • 典型方法

    • K-Means聚类:通过迭代优化簇中心和样本分配。

    • 自编码器(Autoencoder):学习数据的低维表示。

    • 生成对抗网络(GAN):生成器和判别器对抗训练。


3. 半监督学习(Semi-supervised Learning)

  • 核心思想:结合少量标注数据和大量未标注数据训练。

  • 适用场景:标注成本高(如医学图像分析)。

  • 典型方法

    • 自训练(Self-training):用已训练模型预测未标注数据,扩展训练集。

    • 一致性正则化(Consistency Regularization):鼓励模型对扰动后的未标注数据预测一致(如FixMatch)。


4. 强化学习(Reinforcement Learning, RL)

  • 核心思想:通过试错与奖励机制训练智能体(Agent)。

  • 常见任务:游戏AI(如AlphaGo)、机器人控制。

  • 典型方法

    • Q-Learning:学习状态-动作价值函数。

    • 策略梯度(Policy Gradient):直接优化策略函数。

    • 深度确定性策略梯度(DDPG):结合深度学习和Actor-Critic框架。


5. 迁移学习(Transfer Learning)

  • 核心思想:将预训练模型的知识迁移到新任务。

  • 典型应用

    • 微调(Fine-tuning):在预训练模型(如BERT、ResNet)基础上调整参数。

    • 特征提取:冻结预训练层,仅训练新分类层。


6. 自监督学习(Self-supervised Learning)

  • 核心思想:通过设计辅助任务(Pretext Task)自动生成标签。

  • 典型方法

    • 对比学习(Contrastive Learning):如SimCLR,通过对比样本增强视图。

    • 掩码语言建模(Masked Language Modeling):如BERT预测被遮蔽的词语。


二、按训练技术分类

1. 数据增强(Data Augmentation)

  • 目的:增加数据多样性,防止过拟合。

  • 方法

    • 图像:旋转、裁剪、加噪声。

    • 文本:同义词替换、回译(Back Translation)。

    • 音频:变速、加背景噪声。


2. 正则化(Regularization)

  • 目的:限制模型复杂度,提高泛化能力。

  • 方法

    • L1/L2正则化:在损失函数中添加参数惩罚项。

    • Dropout:随机丢弃神经元(如全连接层设置0.5丢弃率)。

    • 早停法(Early Stopping):验证集性能不再提升时终止训练。


3. 优化算法(Optimization Algorithms)

  • 常用优化器

    • Adam:结合动量(Momentum)和自适应学习率(如NLP任务常用)。

    • RMSProp:自适应调整学习率(适合非平稳目标)。

    • AdaGrad:稀疏数据优化(如推荐系统)。


4. 模型集成(Ensemble Learning)

  • 目的:结合多个模型提升鲁棒性。

  • 方法

    • Bagging:并行训练多个模型并投票(如随机森林)。

    • Boosting:串行训练,纠正前序模型的错误(如XGBoost)。

    • Stacking:用元模型组合基模型的输出。


5. 分布式训练(Distributed Training)

  • 目的:加速大规模数据/模型的训练。

  • 方法

    • 数据并行:多GPU同步训练(如PyTorch的DataParallel)。

    • 模型并行:将模型拆分到不同设备(如大型Transformer)。


三、按任务特性分类

1. 在线学习(Online Learning)

  • 特点:模型逐步更新,适应数据流(如推荐系统实时反馈)。

2. 元学习(Meta-Learning)

  • 特点:学习“如何学习”,快速适应新任务(如小样本学习)。

3. 课程学习(Curriculum Learning)

  • 特点:从简单到复杂逐步训练(模仿人类学习过程)。


四、典型应用场景

方法适用场景
监督学习数据标注充足(如图像分类、文本情感分析)
半监督学习标注数据少,未标注数据多(如医学影像)
强化学习动态决策场景(如游戏、机器人控制)
迁移学习目标领域数据少,但有相关预训练模型(如NLP)
自监督学习无标注数据丰富(如预训练语言模型)

五、选择训练方法的关键因素

  1. 数据量级:数据少时优先迁移学习或半监督学习。

  2. 标注成本:标注困难时考虑自监督或弱监督学习。

  3. 任务类型:分类/回归用监督学习,生成任务用GAN或VAE。

  4. 实时性要求:在线学习适合需要快速更新的场景。

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