深度学习理论研究
促进学生“深度学习”的理论探索与实践
促进学生“深度学习”的理论探索与实践摘要:由无锡市教育科学研究院徐沥泉老师领衔的“贯彻数学方法论的教育方式全面提高学生素质,数学教育实验工程研究'(简称M.M 工程),实验学校遍布全国各大、中、小学以及职业学校。
这个实验课题的核心思想就是根据数学知识的本质,运用数学教学方法论,使学生在学习中遵循数学学习规律,实现数学教育教学质量的提高。
关键词:深度学习,理论探索,实践1问题的提出在2000年的时候,我请教过徐沥泉老师:现在我们中学数学教师最缺的是什么?他说:知识!当时,我当教研员才3年,对这一回答还不是完全理解,但随着教研的不断深人,我渐渐地理解了这一答案,并有了更深的认识。
我们中学数学教师并不是不知道中学数学知识的名称,而是缺乏对这些知识在数学意义上的深刻理解和认识。
于是,我就提出:数学教师要加深对数学的理解!那么,对当今初中数学教学来说,到底又缺些什么呢?近些年,我们教育界流行着这么一句话:教育请放慢你的脚步!现在教育不乏存在着一种浮躁、急功近利的现象,经过多年与老师们一起学习、观察、研讨,我觉得现在我们的教学最缺的是:深度!举个例子,”导学案'的运用在某一阶段提高数学教学质量上取得了明显的效果,为此这一经验在各地得到了广泛推广。
但绝大多数老师都没有真正理解其本质内涵,模仿着编写各种各样的“导学案’,最终的效果不甚理想。
为此,我在文献[1]中强调:(1)”导学案'是什么?是引导学生自主学习的方案!2)“导学案’不是一张练习纸,“导学案’要具有广度和深度。
2022年,我与江苏省锡山高级中学实验学校的孙学东老师等一起,申报并获批了江苏省重点教研课题”初中数学深度学习资源建设的理论与实践研究',开始对初中数学”深度学习,进行研究。
2对初中数学"深度学习’的基本认识2. 1数学”深度学习'概念的由来”数学深度学习’是指:在教师引领下,学生围绕具有挑战性的数学学习主题,全身心积极参与、获得开展的有意义的学习过程;它是努力去揭示数学知识的本质属性,并基于理解之上更多关注应用、分析、评价与创造层面的高阶思维的学习,它的目标指向是开展学生的数学素养。
深度学习的理论基础和数据处理方法
深度学习的理论基础和数据处理方法近年来,深度学习已经成为计算机科学、人工智能领域的热点话题。
深度学习是指利用多层神经网络学习输入数据特征的机器学习方法,其成功应用已经涵盖了图像识别、自然语言处理、语音合成等多个领域。
深度学习的研究离不开理论基础和数据处理方法,下面我们探讨一下深度学习的这两个方面。
一、理论基础深度学习的理论基础主要来自于神经网络,而神经网络的理论基础则是统计学中的决策论。
决策论是指利用统计学方法对待处理数据的行为做出决策。
常见的统计学方法包括极大似然法、最小二乘法和贝叶斯方法等,这些方法大都与概率论有关。
在决策论中,设计一个能够最小化总体误差的算法是很常见的问题,而神经网络恰好是一种解决这种问题的算法。
神经网络在设计时考虑到了人类神经系统的结构,其基本单元为神经元。
神经元由多个输入端和一个输出端组成,其输出是某种激活函数的输出。
通常情况下,神经元的输入会被乘以相应的权重,然后加上一个偏置项,以作为其输出的函数输入。
当多个神经元组合成了一个网络时,其能够有效地接收和处理输入信息,从而输出预测结果。
如果将其与决策论相结合,就可以得到一种强大的预测算法。
由于神经网络的模型很容易变得非常复杂,这就需要损失函数来衡量网络输出结果之间的距离,从而将训练误差最小化。
最常见的损失函数是均方误差函数。
这个函数非常直观,就是计算实际输出和预测输出之间的误差平方和,而神经网络训练的目标就是将这个均方误差最小化。
我们知道,神经网络训练需要大量的数据来提高网络模型的预测准确率。
然而,现实数据往往具有很强的噪音和复杂性,这就要求处理这些数据的方法与模型具有足够的鲁棒性。
二、数据处理方法数据处理也是深度学习中不可忽视的一环。
在深度学习中,数据处理旨在将原始数据转化为模型能够接受并处理的输入数据格式。
如果数据处理不当,会影响后续模型的表现和预测准确率。
数据预处理可以包括对数据进行清洗、正则化、标准化等多个步骤。
国外近十年深度学习实证研究综述主题、情境、方法及结果
国外近十年深度学习实证研究综述主题、情境、方法及结果一、概述:二、主题分类:计算机视觉:该主题主要关注图像识别、目标检测、图像生成等任务。
研究者利用深度学习模型,如卷积神经网络(CNN),在图像分类、人脸识别、物体检测等任务上取得了显著成果。
自然语言处理:自然语言处理是深度学习的另一重要应用领域。
研究者使用循环神经网络(RNN)、长短期记忆网络(LSTM)、变压器(Transformer)等模型进行文本生成、情感分析、机器翻译等任务,推动了自然语言处理技术的发展。
语音识别与生成:深度学习在语音识别和语音合成方面也有广泛应用。
研究者利用深度学习模型进行语音特征提取、语音识别和语音合成,提高了语音技术的准确性和自然度。
游戏与人工智能:深度学习在游戏领域的应用也日益增多。
研究者利用深度学习模型进行游戏策略学习、游戏内容生成等任务,提高了游戏的智能性和趣味性。
医疗与健康:深度学习在医疗领域的应用也备受关注。
研究者利用深度学习模型进行疾病诊断、药物研发、医疗影像分析等任务,为医疗健康领域的发展提供了有力支持。
这些主题分类展示了深度学习在不同领域和应用场景中的广泛应用和巨大潜力。
通过对这些主题的深入研究和分析,我们可以更好地理解深度学习的发展趋势和应用前景。
1. 计算机视觉在计算机视觉领域,深度学习技术的应用已经取得了显著的突破。
近年来,卷积神经网络(CNN)成为了该领域的主导模型,特别是在图像分类、目标检测、图像分割等方面。
AlexNet、VGG、GoogleNet、ResNet等模型的出现,不断刷新了图像分类任务上的准确率记录。
主题:计算机视觉的核心任务是让机器能够像人一样“看懂”图像和视频,从而进行自动分析和理解。
深度学习通过模拟人脑神经元的连接方式,构建出复杂的网络结构,实现对图像的高效特征提取和分类。
情境:计算机视觉的应用场景非常广泛,包括人脸识别、自动驾驶、医学影像分析、安全监控等。
在这些场景中,深度学习模型需要处理的数据集往往规模庞大,且存在噪声、模糊等问题,因此模型的鲁棒性和泛化能力成为研究重点。
课堂深度学习的研究课题计划
课堂深度学习的研究课题计划一、研究背景及意义随着信息技术的迅猛发展,深度学习技术在教育领域的应用越来越受到关注。
在传统的课堂教学中,教师通常通过观察学生的课堂表现来评估他们的学习效果,这种评估方式往往比较主观,而且难以量化。
而基于深度学习技术的课堂教学效果评估能够根据学生的行为数据和学习成绩等客观指标,来更加准确地评估学生的学习效果,为教师提供更科学的教学反馈和决策依据。
二、国内外研究现状目前,国内外已经有一些相关的研究在对基于深度学习技术的课堂教学效果评估进行探索。
例如,一些学者已经开始尝试利用深度学习技术来分析学生在课堂中的行为数据,从而评估他们的学习状态和学习效果。
然而,目前这方面的研究还比较零碎,尚缺乏系统性和深度性的研究。
三、研究目标和内容基于以上的研究背景和现状,本研究旨在通过对基于深度学习技术的课堂教学效果评估进行深入的研究和探讨,明确以下研究目标和内容:1. 系统地梳理和分析国内外在基于深度学习技术的课堂教学效果评估方面的研究成果和经验,总结相关的理论和方法。
2. 通过对学生的行为数据、学习成绩和其他相关数据的收集和分析,建立基于深度学习技术的课堂教学效果评估模型。
3. 在真实的教学场景中开展实证研究,评估和验证建立的基于深度学习技术的课堂教学效果评估模型的有效性和可行性。
4. 针对实验结果,提出相应的教学改进和优化策略,为深度学习技术在教育领域的推广应用提供理论和实践支撑。
四、研究方法和技术路线本研究将采用文献综述、案例分析、量化分析等方法,结合深度学习技术和数据挖掘技术,对学生的行为数据、学习成绩等多维数据进行综合分析和建模。
具体技术路线如下:1. 数据收集与整理:收集学生在课堂中的行为数据、学习成绩等数据,并进行整理和清洗。
2. 数据分析与模型建立:通过利用深度学习技术和数据挖掘技术,对学生的行为数据和学习成绩进行综合分析和挖掘,建立课堂教学效果评估模型。
3. 模型实验与验证:在真实的教学场景中开展实证研究,评估和验证建立的课堂教学效果评估模型的有效性和可行性。
深度学习的内涵及认知理论基础探析
深度学习的内涵及认知理论基础探析深度学习的内涵及认知理论基础探析近年来,深度学习在人工智能领域取得了突破性的进展,广泛应用于图像识别、语音识别、自然语言处理等多个领域。
深度学习的内涵涉及到神经网络、深度结构和学习算法等方面,同时也借鉴了认知心理学的理论基础。
本文将探讨深度学习的内涵及其与认知理论基础的关系。
深度学习是一种机器学习的方法,其核心是神经网络。
神经网络模型由多个层次的神经元组成,每个神经元通过学习自动调整权重和偏置值,从而使得模型能够实现对数据的抽象和表示。
深度学习中的“深度”指的是多层次的网络结构,每一层都包含多个神经元,通过前向传播和反向传播的方式进行学习和优化。
在深度学习的背后,有着认知心理学的理论支持。
认知心理学研究人类的认知过程和内在的心理机制,深度学习借鉴了认知心理学的一些基本原理和思想。
其中,认知认知理论是深度学习与认知心理学之间最为相关的理论之一。
认知认知理论提出了人们处理信息的方式,包括输入、存储、加工和输出。
深度学习通过神经网络的层次结构和神经元之间的连接方式模拟了这一认知过程。
每一层的神经元都可以看作是对输入信息的加工,并最终输出结果。
通过多层网络的组合,深度学习可以实现更复杂的信息加工和分类任务。
此外,深度学习中的激活函数也与认知认知理论相关。
激活函数是神经元的非线性映射,能够增加网络的表示能力。
认知认知理论认为人脑中神经元之间的连接和激活函数是非线性的,这样可以更好地处理复杂的信息。
深度学习中采用的常见激活函数,如sigmoid函数、ReLU函数等,也是为了增加网络的非线性能力。
此外,深度学习还应用了认知认知理论中的“分层处理”的思想。
认知心理学认为人类的认知过程是分层次进行的,从低层次的感知到高层次的抽象和规划。
深度学习中的多层次网络结构也可以看作是一种分层次的信息处理方式,通过底层的特征提取和高层次的语义关联,实现更复杂的任务。
总之,深度学习的内涵涉及到神经网络、深度结构和学习算法等方面,与认知心理学的认知认知理论有着紧密的关系。
深度学习心得范文
深度学习心得范文一、引言深度学习是一种基于神经网络的机器学习方法,近年来在图像识别、语音识别、自然语言处理等领域取得了巨大的突破和应用。
在我学习深度学习的过程中,我深刻认识到了深度学习的强大能力和广阔前景,也对深度学习领域的研究和应用产生了极大的兴趣。
在这篇心得中,我将结合自己的学习和实践经验,分享我对深度学习的认识和思考。
二、理论学习在深度学习的理论学习方面,我首先了解了神经网络的基本原理和结构。
神经网络是深度学习的基础,它由多个神经元层组成,每个神经元接收上一层神经元的输出作为输入,并进行加权求和和激活函数等操作,最后输出结果。
深度学习通过不断深化神经网络的层数,提高网络的表示能力,从而实现更复杂的任务。
我还学习了深度学习中常用的优化算法,如梯度下降、RMSProp 和Adam等。
这些优化算法能够帮助神经网络高效地学习和优化模型的参数。
同时,我也了解了深度学习的常见模型和架构,如卷积神经网络(CNN)、循环神经网络(RNN)和生成对抗网络(GAN)等。
这些模型在图像分类、序列问题和生成任务等方面表现出色,广泛应用于实际场景中。
在深入学习理论的过程中,我深刻认识到深度学习的核心思想是从数据中学习,并且需要大量的数据和计算资源支持。
深度学习是一种端到端的机器学习方法,不需要人工提取特征,通过神经网络自动学习数据的特征,并从中进行高级表示和决策。
这种数据驱动的特点使得深度学习在处理大规模数据和复杂任务时具有巨大优势。
三、实践探索除了理论学习,我也进行了一些深度学习的实践探索。
我首先在图像分类问题上进行了实践,使用了深度学习库Keras和TensorFlow 来搭建和训练卷积神经网络模型。
通过对已有的图像数据集进行训练和测试,我深刻感受到了深度学习模型的高准确率和泛化能力。
在图像分类实践中,我还尝试了迁移学习的方法。
通过将预训练的卷积神经网络模型作为特征提取器,我可以在较小的数据集上进行训练,并获得较好的效果。
神经网络算法和深度学习理论分析
神经网络算法和深度学习理论分析随着计算机技术的不断发展和应用场景的不断扩大,人工智能技术已经成为了当前的热门话题之一。
而神经网络算法和深度学习理论作为人工智能的其中一部分,也逐渐成为了业内研究的热门方向。
本文将从神经网络算法和深度学习理论两个方面进行分析。
神经网络算法神经网络,就是用来解决一些复杂问题的一种数学模型。
它模仿了人脑中神经元之间的相互作用,构建了一种类似于神经元之间相互关联的模型。
通过不断的学习和调整,神经网络可以自动学习到数据之间的模式,从而实现一些人工智能的任务。
在神经网络算法中,我们常用的有多层感知机、卷积神经网络和循环神经网络。
其中,多层感知机是最早被提出的神经网络模型之一,它由输入层、隐藏层和输出层构成。
随着神经网络应用场景的不断扩大,卷积神经网络和循环神经网络也成为了热门的研究方向。
卷积神经网络常用于图像和视频的识别任务。
它通过卷积的方式来提取图像和视频的特征,从而实现对图像和视频中物体的识别。
卷积神经网络的一个优势在于,它可以获得局部信息。
这意味着,即使是在图像的不同位置上,它也可以识别出相同的物体。
循环神经网络则常用于序列数据的处理任务,例如自然语言处理和语音识别。
它通过将之前的信息存储在网络中的状态向量中,来处理当前的数据。
循环神经网络的一个优势在于,它可以处理可变长度的序列数据,并且在处理长序列时表现良好。
深度学习理论深度学习理论是指用来理解神经网络的运作方式的理论。
深度学习理论的研究目标不仅在于解释神经网络的高效性,也包括了在神经网络的应用中发现新的算法和方法。
在深度学习理论中,我们经常使用的有梯度下降、反向传播、正则化和卷积等方法。
梯度下降是深度学习中最基础的优化方法,用来求解神经网络中的参数。
反向传播则是用来计算神经网络中每个参数的梯度,从而实现梯度下降算法。
正则化通常用于防止神经网络过拟合。
过拟合是指神经网络过度适应训练集数据,导致在新的数据上表现不佳。
为了解决这个问题,我们可以使用正则化方法来惩罚过大的权重值。
基于深度学习理论的小学课堂教学的实践研究
基于深度学习理论的小学课堂教学的实践研究摘要:小学数学是培养学生数学素养的重要阶段,也是后续学习的基础。
然而,传统的数学教学方法存在很多不足,如单一的教学模式、缺乏趣味性、忽略学生的个性化需求等。
本文旨在探讨小学数学深度学习的研究与实践。
首先,介绍了小学数学教育的重要性以及深度学习的概念和应用。
其次,提出了小学数学深度学习的实践方法和策略,旨在为小学数学教育的改进和优化提供一定的参考与借鉴。
关键词:深度学习;小学教育;课堂教学;学习效果;教学水平引言:在小学数学教育中,深度学习非常重要,不仅可以帮助学生更好地掌握知识点,同时还可以强化学生对知识的认知力,鼓励学生主动发现和分析问题,有较高的解决和辨析问题的能力,拓宽学生思维视角,夯实学生知识体系。
帮助学生形成科学、系统化的数学知识结构,从而提高知识的掌握程度,提升学生的数学核心素养。
一、深度学习理论基础深度教学是指在教学中注重学生的思维能力、创造力和解决问题的能力,通过不同的教学策略和方法来促进学生的深度思考和理解,提高学生的学科素养和综合能力。
深度教学在小学数学教育中的实施,对于学生的学习和成长具有重要的意义。
深度学习能够激发学生的内在学习动机,让他们形成积极的态度和正确的价值观。
学生在这种学习模式下能够形成高级的社会情感,具备合作精神和批判性思维,成为极其独立、批判、创造的优秀学习者。
深度学习的培养目标不仅是让学生掌握知识,更是让他们成为未来社会历史实践的主人。
这种教育模式能够为学生打下坚实的基础,让他们在未来的学习和工作中更具竞争力,并且能够为社会发展做出更多的贡献。
二、数学教学中的深度学习应用(一)转变原有教学理念,聚焦深度学习传统的数学教育往往强调知识的传授和机械的计算,而深度学习则更注重学生的思维能力和创新能力的培养。
深度学习要求学生从多个角度去理解问题,从而找出解决问题的方法。
为了实现深度学习的目标,我们需要在教学中进行多种形式的实践活动,如小组讨论、合作探究等,从而提高学生的探究能力和思维能力。
深度学习的研究
深度学习的研究姓名:21321班级:231321学号:******学院:机械工程学院深度学习的发展历史在解释深度学习之前,我们需要了解什么是机器学习。
机器学习是人工智能的一个分支,而在很多时候,几乎成为人工智能的代名词。
简单来说,机器学习就是通过算法,使得机器能从大量历史数据中学习规律,从而对新的样本做智能识别或对未来做预测。
从1980年代末期以来,机器学习的发展大致经历了两次浪潮:浅层学习(Shallow Learning)和深度学习(Deep Learning)。
需要指出是,机器学习历史阶段的划分是一个仁者见仁,智者见智的事情,从不同的维度来看会得到不同的结论。
这里我们是从机器学习模型的层次结构来看的。
第一次浪潮:浅层学习1980年代末期,用于人工神经网络的反向传播算法(也叫Back Propagation 算法或者BP算法)的发明,给机器学习带来了希望,掀起了基于统计模型的机器学习热潮。
这个热潮一直持续到今天。
人们发现,利用BP算法可以让一个人工神经网络模型从大量训练样本中学习出统计规律,从而对未知事件做预测。
这种基于统计的机器学习方法比起过去基于人工规则的系统,在很多方面显示出优越性。
这个时候的人工神经网络,虽然也被称作多层感知机(Multi-layer Perceptron),但实际上是一种只含有一层隐层节点的浅层模型。
90年代,各种各样的浅层机器学习模型相继被提出,比如支撑向量机(SVM,Support Vector Machines)、Boosting、最大熵方法(例如LR,Logistic Regression)等。
这些模型的结构基本上可以看成带有一层隐层节点(如SVM、Boosting),或没有隐层节点(如LR)。
这些模型在无论是理论分析还是应用都获得了巨大的成功。
相比较之下,由于理论分析的难度,加上训练方法需要很多经验和技巧,所以这个时期浅层人工神经网络反而相对较为沉寂。
2000年以来互联网的高速发展,对大数据的智能化分析和预测提出了巨大需求,浅层学习模型在互联网应用上获得了巨大成功。
深度学习的研究现状与发展
深度学习的研究现状与发展一、本文概述随着技术的飞速发展,深度学习作为其重要的分支,已经在诸多领域取得了显著的成果。
本文旨在全面概述深度学习的研究现状,并探讨其未来的发展趋势。
我们将首先回顾深度学习的基本概念和原理,然后重点分析近年来在算法创新、应用领域拓展以及硬件支持等方面所取得的进步。
本文还将关注深度学习在实际应用中所面临的挑战,如模型的可解释性、泛化能力、计算效率等问题,并探讨可能的解决方案。
我们将展望深度学习未来的发展方向,包括新型网络结构、无监督学习、知识蒸馏、自适应学习等方面的探索,以期为相关领域的研究者和实践者提供有价值的参考。
二、深度学习的研究现状深度学习,作为机器学习的一个子领域,近年来在学术界和工业界都取得了显著的进展。
其研究现状可以从理论研究、应用领域以及技术创新等多个维度进行阐述。
在理论研究方面,深度学习的研究已经从最初的简单多层感知机发展到了复杂的卷积神经网络(CNN)、循环神经网络(RNN)以及生成对抗网络(GAN)等。
这些网络结构的提出,不仅极大地丰富了深度学习的理论框架,也为解决实际问题提供了强有力的工具。
同时,深度学习算法的优化理论也取得了显著进展,如梯度下降法、反向传播算法、Adam等优化器的提出,有效提升了深度学习模型的训练效率和性能。
在应用领域方面,深度学习已经广泛应用于图像识别、语音识别、自然语言处理、推荐系统等多个领域,并取得了显著的成效。
例如,在图像识别领域,深度学习模型如CNN已经被广泛应用于人脸识别、物体检测等任务中,并取得了超越传统方法的性能。
在语音识别领域,基于深度学习的自动语音识别技术已经实现了较高的准确率,极大地提升了人机交互的便利性。
在技术创新方面,深度学习与其他技术如强化学习、迁移学习等的结合也取得了显著的成果。
例如,深度强化学习在自动驾驶、游戏等领域的应用已经取得了显著的进展。
深度迁移学习则有效地解决了深度学习模型对于大数据的依赖问题,使得模型能够在小数据集上实现较好的性能。
深度学习技术的理论与实验研究
深度学习技术的理论与实验研究深度学习是一种机器学习技术,其概念源自于神经网络的发展。
它通过多层非线性变换,逐层从低层特征抽取到高层抽象,实现对大量数据进行学习和推理的能力。
深度学习技术在计算机视觉、自然语言处理、语音识别等领域取得了重大突破,并在实际应用中取得了广泛的成功。
一、深度学习技术的理论研究1.1 深度学习模型的理论基础深度学习模型的理论基础主要包括神经网络的构建、反向传播算法、优化算法等。
神经网络作为深度学习模型的基本框架,研究其结构和参数的选择对提高深度学习算法性能具有重要意义。
反向传播算法是深度学习中的关键算法,它通过链式法则将误差从输出层反向传播到输入层,实现模型权重的更新。
优化算法则用于求解深度学习模型中的最优权重,常用的优化算法包括梯度下降、动量法、自适应学习率等。
1.2 深度学习的理论问题研究深度学习模型存在着许多理论问题,如模型的过拟合、梯度消失和爆炸、模型的可解释性等。
解决这些问题对于深度学习技术的发展具有重要意义。
过拟合是指模型在训练集上表现很好,但在测试集上表现不佳的现象,其主要原因是模型参数过多,导致对训练数据过度拟合。
梯度消失和爆炸问题则是深层神经网络中常见的问题,梯度在反向传播过程中会逐渐接近0或变得特别大,导致模型训练困难。
模型的可解释性问题是指深度学习模型通常被视为黑盒子,很难解释模型为什么会做出某个决策。
二、深度学习技术的实验研究2.1 数据集的构建和预处理深度学习模型的性能很大程度上依赖于数据集的质量和规模。
实验研究中,研究者需要构建和收集适合的数据集,并进行预处理以满足模型的输入要求。
数据集的构建需要遵循科学原则,保证数据的真实性和有效性。
预处理包括数据的标准化、降噪、归一化等操作,以确保输入数据的质量。
2.2 深度学习模型的设计与训练根据具体的任务需求,研究者需要选择适合的深度学习模型结构,并进行模型的训练和调优。
模型的设计需要考虑网络的层数、神经元的激活函数、损失函数等因素。
阅读幼儿深度学习的理论与实践探索研究反思
阅读幼儿深度学习的理论与实践探索研究反思我国幼儿园课程改革容易走向两个极端:第一,重上课、轻游戏,重教师主导的集体教学,轻幼儿自发的自由游戏。
第二,将游戏看作是幼儿个人的独特表现,反对成人对游戏进行任何干预,将游戏“神圣化”“浪漫化”。
如果说,前些年我国幼儿园课程倾向于第一种现象,那么,自2010年后,幼儿园课程改革则更倾向于第二种现象——强调幼儿的自由自发而轻视游戏、课程的系统性;强调游戏的自然性而忽视游戏的教育性等。
这一倾向导致幼儿园游戏出现“表面繁荣”“无意义”情况。
在这样一种背景下,学界提出要在以游戏为基本活动的幼儿园教育中,促进幼儿深度学习。
那么,到底何为深度学习?幼儿园阶段为什么可以进行深度学习?进行深度学习的意义是什么?如何拓展幼儿的深度学习?《奕阳幼教评论》2018年9月刊(总第46期)聚焦“深度学习的理念与实践”这一主题,解读深度学习的基本概念、研究趋势;讨论幼儿深度学习与游戏的复杂关系;理清幼儿园开展深度学习的优势、意义和挑战;从课程实践角度,尝试构建幼儿园开展深度学习的方式和策略。
如今,幼儿园深度学习方兴未艾,我们希望借由此次讨论抛砖引玉,引起大家对深度学习的探索与讨论,共同构建适合幼儿园的课程和游戏。
《探索游戏中深度学习,拓展幼儿的思维》深度学习的概念虽然于20世纪50年代就提出了,但是,真正为学前教育界熟知还是在最近几年。
因此,对我们所有幼教人来说,深度学习都还是一个全新概念。
若我们对深度学习的理解和实践存在偏差,是否会导致幼儿园教育“退回到老路”,过分注重学习,相信这是许多人都担忧的问题。
因为毕竟我们的教育传统中,有着注重学习的“基因”,我们很容易走向过分注重学习而忽略幼儿兴趣和游戏的极端。
前几年的课程游戏化让我们反思过去“教师主导”“上课”的弊端,开始重视游戏的地位;而近两年的深度学习则让我们开始反思幼儿园游戏实践中“浅层化”“碎片化”“无意义化”的状态,思考如何在游戏中拓展幼儿的思维和学习。
深度学习的理论和应用
深度学习的理论和应用深度学习是人工智能的一个分支,它以神经网络为基础,通过大量的数据训练,实现智能化的预测和决策。
深度学习的重要性不断凸显,可以应用于图像、语音、自然语言处理等各个领域。
本文将从深度学习的理论和应用两个方面进行探讨。
一、深度学习的理论1. 神经网络的性质和演化神经网络是深度学习的底层元素,它模拟了人类大脑中神经元的结构和相互连接的方式。
神经网络的优势在于可以通过学习优化得到最优权重,实现对数据的高效处理。
随着模型的不断演化,如卷积神经网络、递归神经网络、生成式对抗网络等,深度学习在图像、语音、自然语言处理等领域的成果也越来越显著。
2. 激活函数的重要性激活函数是神经网络的核心组成部分,它对神经元的输出进行非线性变换。
常用的激活函数有Sigmoid函数、ReLU函数、softmax函数等。
其中,ReLU函数在深度学习中被广泛应用,它具有快速收敛、解决梯度消失和梯度爆炸等问题的优点,能够提高神经网络的准确率和速度。
3. 深度学习的优化方法深度学习中最常用的优化方法是梯度下降算法,它通过计算目标函数的偏导数不断调整参数,使得误差最小。
现代深度学习还引入了许多优异的优化算法,如Adam、Adagrad、Adadelta等,通过加速收敛、减少梯度消失等方式提高了深度学习的稳定性和效率。
二、深度学习的应用1. 计算机视觉深度学习在计算机视觉领域的应用十分广泛,可以实现物体检测、图像分类和识别、目标跟踪等功能。
如图像分类领域的ImageNet比赛,深度学习模型的表现已经远远超过了传统方法,取得了极高的分类准确率和速度。
此外,深度学习在人脸识别、虚拟现实等领域也有广泛的应用。
2. 语音识别深度学习在语音识别的研究中也取得了显著的进展,在声学模型和语言模型方面都实现了大幅度的性能提升。
如现在最先进的语音识别系统都使用了深度递归神经网络模型,可以实现十分精准的语音转文字功能。
3. 自然语言处理自然语言处理领域现在正处于深度学习的时代,深度学习技术广泛应用于机器翻译、情感分析、问答系统等任务中。
《深度学习》课程教案
《深度学习》课程教案深度研究课程教案一、课程简介本课程旨在介绍深度研究的基本概念和方法,帮助学生掌握深度研究的原理和技术,以及其在实际应用中的应用。
二、教学目标通过本课程的研究,学生将能够:1. 了解深度研究的背景和发展历程。
2. 理解深度研究的基本原理和算法。
3. 掌握深度研究中常用的神经网络结构和训练方法。
4. 学会使用深度研究工具和框架进行实际应用。
5. 理解深度研究在图像识别、自然语言处理等领域的应用。
三、教学内容1. 深度研究基础- 深度研究的定义和背景- 全连接神经网络及其训练方法- 卷积神经网络及其应用- 递归神经网络及其应用2. 深度研究算法- 反向传播算法和优化方法- 深度研究中的正则化和归一化- 深度研究中的迁移研究和强化研究3. 深度研究应用- 图像识别与分类- 自然语言处理和文本生成- 语音识别和语音合成- 推荐系统和个性化推荐四、教学方法本课程将采用以下教学方法:1. 理论授课:介绍深度研究的基本概念和理论知识。
2. 实践操作:通过编程实践和实验,让学生亲自动手实现深度研究算法。
3. 小组讨论:鼓励学生在课程中进行小组讨论和合作,提高研究效果。
4. 案例分析:通过分析实际应用案例,帮助学生理解深度研究在实际中的应用。
五、评估方式本课程评估方式如下:1. 平时表现:包括课堂参与、作业完成情况等。
2. 实验报告:根据实验结果和分析撰写实验报告。
3. 期末考试:针对课程内容进行综合性考核。
六、参考资料- Goodfellow, I., Bengio, Y., & Courville, A. (2016). Deep learning. MIT press.- Bishop, C. M. (2006). Pattern recognition and machine learning. Springer.以上为《深度学习》课程教案的主要内容,希望能够帮助学生系统地学习深度学习的理论和实践。
幼儿深度学习的理论与实践探索研究 理论篇
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 读书笔记
目录
02 内容摘要 04 作者介绍 06 精彩摘录
思维导图
本书关键字分析思维导图
幼儿
理论
理论
读者
活动
方面
支持
深度
深度
教师 深度
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实践
专题
路径
幼儿
问题
学习
导向
内容摘要
本书是旨在对幼儿深度学习进行学术研究的探索性著作。幼儿深度学习是指幼儿在教师的引导下,在较长的 一个时段,围绕着富有挑战性的课题,全身心的积极投入,通过同伴间的合作与探究,运用高阶思维,迁移已有 经验,最终解决实际问题的有意义的学习过程。在当前以核心素养和关键能力为导向的课程与教学改革背景下, 研究深度学习具有重大的理论意义与实践价值。本书对深度学习的历史、理论基础、基本特质、逻辑架构等方面 进行了深入探讨,读者对象为学前教育教师及研究人员。
一、幼儿深度学习 的基本特质
三、幼儿深度学习 的实践路径
一、影响幼儿 深度学习的主
观因素
二、影响幼儿 深度学习的客 观因素
二、以问题解决为 导向的幼儿深度学
习的过程
一、问题解决与深 度学习的关系
三、以问题解决为 导向的幼儿深度学
习的支持策略
一、思维地图 与深度学习
二、思维地图 在幼儿深度学 习中应用的类 型及功能
目录分析
一、深度学习研究的 初始期(1976— 1999)
二、深度学习研究的 发展期(2000— 2009)
三、深度学习研究的 深化期(2010年至 今)
四、评价与展望
1
一、认知灵活 性理论
端到端深度学习的理论与实践
端到端深度学习的理论与实践随着人工智能技术的不断发展,深度学习这一领域的应用范围越来越广泛。
而其中端到端深度学习,也就是完整的端到端的深度学习架构,正在成为一个热门话题。
接下来,我们将深入讨论端到端深度学习的理论和实践。
一、什么是端到端深度学习在深度学习中,很多模型往往包含着多个模块,比如卷积神经网络需要预处理图像的输入,并且最后还需要一些分类器等。
而端到端深度学习,指的是一个从输入到输出完整的深度学习模型,也就是说,整个模型不再像以往那样需要将数据在各个网络之间传递,并且将中间得到的结果传递给其他网络,而是通过一个网络直接将输入传递给输出,从而实现了端对端的学习。
二、端到端深度学习的优势相比于传统的深度学习模型,端到端深度学习有以下几个优势:1. 简化模型:由于只需要一个网络即可完成整个任务,因此可以大大简化复杂模型的构建。
2. 提高效率:通过端到端的学习,可以避免中间结果的传递和处理,大大提高了计算效率。
3. 易于拓展:由于仅需要一个网络,因此整个模型更加易于拓展,可以在不影响其整体性能的情况下添加或删除组件。
三、端到端深度学习在实践中的应用1. 语音识别语音识别是端到端深度学习的一个重要应用。
传统的语音识别方法通常处理语音数据的过程非常繁琐,需要提取许多低级特征以及将它们组合起来。
而使用端到端深度学习,则可以将语音数据直接传递给整个网络,从而大大简化处理过程。
2. 自然语言处理自然语言处理是另一个适合端到端深度学习的领域。
在过去,许多自然语言处理任务需要使用多个专用算法来解决,使得代码和逻辑变得非常复杂。
但是,现在通过端到端的深度学习模型,可以大大简化这些任务的实现。
3. 视觉识别除了语音识别和自然语言处理以外,端到端深度学习也可在视觉识别方面发挥重要作用。
最常见的就是使用神经网络对图像进行分类、检测或分割。
通过配合卷积网络和全连接网络,端到端模型能够高效地识别并分析图像。
四、结论端到端深度学习是深度学习发展的一个重要趋势,它可以通过减少模型复杂性、提高算法效率和易于拓展等优点,来引领新一波AI发展的潮流。
深度学习算法的理论和应用
深度学习算法的理论和应用随着现代科技的飞速发展和互联网的普及,大量数据被不断产生和积累。
这些数据中蕴藏着大量的信息和知识,如何利用这些数据,挖掘出其中的知识和规律,成为了当今科学研究的一个重要问题。
深度学习算法是一种基于人工神经网络的机器学习方法,它可以自动从大量数据中学习模式和特征,从而实现复杂的数据分析和智能决策。
本文将从理论和应用两个方面,探讨深度学习算法的研究进展和应用现状。
一、深度学习算法的理论深度学习算法最早源于神经网络模型的研究。
神经网络是一种模仿生物神经系统的计算模型。
它由若干个神经元组成,每个神经元通过与其他神经元的连接来接收输入信号,进行计算和传递输出信号。
深度学习算法在神经网络的基础上进行了改进和拓展,其中最重要的就是多层感知机模型。
多层感知机模型是一种包含多个隐层的神经网络模型,它可以自动提取数据的非线性特征,从而实现复杂的模式识别和分类任务。
深度学习算法的核心理论是反向传播算法。
反向传播算法是一种基于梯度下降的优化算法,它可以自动计算神经网络中每个权重和偏置的误差梯度,然后利用梯度下降方法来更新神经网络的参数,从而让网络逐渐接近最优状态。
反向传播算法的实现需要使用链式法则来计算误差梯度,这使得它的计算复杂度较高,但是它的优化效果非常好,很多深度学习算法都是基于反向传播算法实现的。
除了反向传播算法,深度学习算法还有很多其他的优化方法,如随机梯度下降、adam优化器等。
此外,深度学习算法还涉及到很多重要的概念和技术,如卷积神经网络、循环神经网络、Dropout等。
这些概念和技术的发明和发展,推动了深度学习算法的发展和应用。
二、深度学习算法的应用深度学习算法已经在许多领域取得了广泛的应用。
其中最为人熟知的莫过于图像识别和语音识别。
深度学习算法在这两个领域已经取得了卓越的成果。
在图像识别方面,深度学习算法不仅可以识别物体,还可以从图像中提取出文字、场景、情感等复杂的内容。
在语音识别方面,深度学习算法可以识别出人类的语音,并将其转化为文本或命令。
《幼儿深度学习的理论与实践培训心得
《幼儿深度学习的理论与实践培训心得幼儿深度学习的理论与实践培训心得近年来,幼儿教育领域不断探索创新,深度学习成为了一个备受关注的话题。
作为一名幼儿教育工作者,我有幸参加了一场关于幼儿深度学习的理论与实践培训,我在培训中学到了许多宝贵的知识和经验。
通过这次培训的学习,我对幼儿深度学习的理论与实践有了更加深入的了解,也得到了一些宝贵的培训心得,以下是我对这次培训的总结与思考。
首先,幼儿深度学习的理论知识是我们开展实践的基础。
在培训中,我们了解到了幼儿深度学习的概念和相关研究成果。
深度学习是一种基于人工神经网络的机器学习方法,通过模拟人类神经系统的学习过程,实现对数据的自动分析和识别。
对于幼儿教育而言,深度学习的理念为我们提供了一种创新的教育思路,可以帮助幼儿在多个领域内进行全面的发展。
其次,幼儿深度学习的实践方法是我们教育工作者需要掌握的技能。
在培训中,我们学习了一些实践方法和教学策略,例如使用项目学习法、探究式学习法等。
这些方法能够激发幼儿的学习兴趣,培养他们的主动学习能力。
通过培训中的实践演练,我发现当我将这些方法应用到实际教学中时,幼儿们的学习效果明显提高,他们变得更加积极主动,兴趣盎然,且能够在学习过程中发现问题并解决问题。
此外,培训过程中,我们学习了一些教育科技工具的使用。
这些工具是幼儿深度学习的辅助手段,能够有效提升幼儿的学习效果。
例如,通过使用在线教育平台,我可以更好地设计个性化的学习内容,根据幼儿的兴趣和程度进行分层教学;同时,也可以利用教育APP等多媒体资源,让幼儿在游戏化的学习环境中获得更多的知识和技能。
而从实践中,我也得到了一些宝贵的心得体会。
首先,幼儿深度学习是一种长期的过程,在实践中需要我们耐心和细心。
幼儿的学习需要持久的关注和指导,我们需要提供一个良好的学习环境,为他们提供广泛的学习资源和机会。
其次,深度学习注重培养幼儿的创新思维和解决问题的能力,培养幼儿的动手实践能力是至关重要的。
《2024年深度强化学习理论及其应用综述》范文
《深度强化学习理论及其应用综述》篇一一、引言近年来,人工智能技术发展迅速,深度强化学习(Deep Reinforcement Learning,简称DRL)作为其中的一种重要技术,在众多领域中获得了广泛的应用。
深度强化学习是一种将深度学习与强化学习相结合的算法,旨在解决序列决策问题。
本文将对深度强化学习的理论及其应用进行综述,以期为相关领域的研究和应用提供参考。
二、深度强化学习理论1. 强化学习强化学习是一种通过试错学习的机器学习方法,其核心思想是让智能体在与环境的交互中,通过不断试错和积累经验来优化策略。
强化学习主要包含环境、智能体和策略三个要素。
其中,环境为智能体提供交互场景,智能体根据当前状态和策略进行决策并作用于环境,通过观察环境的变化和获得的回报来优化自身的策略。
2. 深度学习深度学习是一种模拟人脑神经网络的机器学习方法,具有较强的学习和泛化能力。
深度学习的主要特点在于可以通过大量数据训练来自动提取高层次的特征信息,适用于复杂和抽象的序列决策问题。
3. 深度强化学习深度强化学习是强化学习与深度学习的结合,其通过深度神经网络来学习和优化策略。
在深度强化学习中,智能体可以同时学习到环境的动态变化和决策的规律性信息,从而更好地适应环境变化和做出更好的决策。
三、深度强化学习的应用深度强化学习在众多领域中得到了广泛的应用,如游戏、自动驾驶、医疗、金融等。
在游戏领域,深度强化学习算法使得智能体可以快速学习和掌握复杂的游戏规则和策略,从而在各种游戏中取得优异的成绩。
在自动驾驶领域,深度强化学习算法可以帮助智能车辆在复杂的交通环境中进行决策和控制,实现安全、高效的自动驾驶。
在医疗领域,深度强化学习算法可以用于辅助医生进行疾病诊断和治疗决策等任务。
在金融领域,深度强化学习算法可以用于股票交易、风险管理等任务。
四、深度强化学习的挑战与展望尽管深度强化学习在众多领域中取得了显著的成果,但仍面临着一些挑战和问题。
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【王晓刚】深度学习在图像识别中的研究进展与展望标签:深度学习机器学习LinJM 2015-06-03 20:37 4728人阅读评论(2) 收藏举报算法与理论研究(31)版权声明:本文为博主原创文章,未经博主允许不得转载。
目录(?)[+]深度学习是近十年来人工智能领域取得的最重要的突破之一。
它在语音识别、自然语言处理、计算机视觉、图像与视频分析、多媒体等诸多领域都取得了巨大成功。
本文将重点介绍深度学习在物体识别、物体检测、视频分析的最新研究进展,并探讨其发展趋势。
1. 深度学习发展历史的回顾现有的深度学习模型属于神经网络。
神经网络的历史可追述到上世纪四十年代,曾经在八九十年代流行。
神经网络试图通过模拟大脑认知的机理,解决各种机器学习的问题。
1986 年Rumelhart,Hinton 和Williams 在《自然》发表了著名的反向传播算法用于训练神经网络[1],直到今天仍被广泛应用。
但是后来由于种种原因,大多数学者在相当长的一段的时间内放弃了神经网络。
神经网络有大量的参数,经常发生过拟合问题,即往往在训练集上准确率很高,而在测试集上效果差。
这部分归因于当时的训练数据集规模都较小。
而且计算资源有限,即便是训练一个较小的网络也需要很长的时间。
总体而言,神经网络与其它模型相比并未在识别的准确率上体现出明显的优势,而且难于训练。
因此更多的学者开始采用诸如支持向量机、Boosting、最近邻等分类器。
这些分类器可以用具有一个或两个隐含层的神经网络模拟,因此被称作浅层机器学习模型。
它们不再模拟大脑的认知机理;相反,针对不同的任务设计不同的系统,并采用不同的手工设计的特征。
例如语音识别采用高斯混合模型和隐马尔可夫模型,物体识别采用SIFT 特征,人脸识别采用LBP 特征,行人检测采用HOG特征。
2006 年,Geoffrey Hinton 提出了深度学习。
之后深度学习在诸多领域取得了巨大成功,受到广泛关注。
神经网络能够重新焕发青春的原因有几个方面。
首先是大数据的出现在很大程度上缓解了训练过拟合的问题。
例如ImageNet[2]训练集拥有上百万有标注的图像。
计算机硬件的飞速发展提供了强大的计算能力,使得训练大规模神经网络成为可能。
一片GPU 可以集成上千个核。
此外神经网络的模型设计和训练方法都取得了长足的进步。
例如,为了改进神经网络的训练,学者提出了非监督和逐层的预训练。
它使得在利用反向传播对网络进行全局优化之前,网络参数能达到一个好的起始点,从而训练完成时能达到一个较好的局部极小点。
深度学习在计算机视觉领域最具影响力的突破发生在2012 年,Hinton 的研究小组采用深度学习赢得了ImageNet [2] 图像分类的比赛[3]。
ImageNet 是当今计算机视觉领域最具影响力的比赛之一。
它的训练和测试样本都来自于互联网图片。
训练样本超过百万,任务是将测试样本分成1000 类。
自2009 年,包括工业界在内的很多计算机视觉小组都参加了每年一度的比赛,各个小组的方法逐渐趋同。
在2012 年的比赛中,排名2 到4 位的小组都采用的是传统的计算机视觉方法,手工设计的特征,他们准确率的差别不超过1%。
Hinton 的研究小组是首次参加比赛,深度学习比第二名超出了10%以上。
这个结果在计算机视觉领域产生了极大的震动,掀起了深度学习的热潮。
计算机视觉领域另一个重要的挑战是人脸识别。
Labeled Faces in the Wild (LFW) [4] 是当今最著名的人脸识别测试集,创建于2007 年。
在此之前,人脸识别测试集大多采集于实验室可控的条件下。
LFW 从互联网收集了五千多个名人的人脸照片,用于评估人脸识别算法在非可控条件下的性能。
这些照片往往具有复杂的光线、表情、姿态、年龄和遮挡等方面的变化。
LFW的测试集包含了6000 对人脸图像。
其中3000 对是正样本,每对的两张图像属于同一个人;剩下3000 对是负样本,每对的两张图像属于不同的人。
随机猜的准确率是50%。
有研究表明[5],如果只把不包括头发在内的人脸的中心区域给人看,人眼在LFW 测试集上的识别率是97.53%。
如果把整张图像,包括背景和头发给人看,人眼的识别率是99.15%。
经典的人脸识别算法Eigenface [6] 在这个测试集上只有60%的识别率。
在非深度学习的算法中,最好的识别率是96.33% [7]。
目前深度学习可以达到99.47%的识别率[8]。
在学术界收到广泛关注的同时,深度学习也在工业界产生了巨大的影响。
在Hinton 的科研小组赢得ImageNet 比赛之后6 个月,谷歌和百度发都布了新的基于图像内容的搜索引擎。
他们沿用了Hinton 在ImageNet 竞赛中用的深度学习模型,应用在各自的数据上,发现图像搜索的准确率得到了大幅度的提高。
百度在2012 年就成立了深度学习研究院,于2014 年五月又在美国硅谷成立了新的深度学习实验室,聘请斯坦福著名教授吴恩达担任首席科学家。
Facebook 于2013 年12 月在纽约成立了新的人工智能实验室,聘请深度学习领域的著名学者,卷积网路的发明人YannLeCun 作为首席科学家。
2014 年1 月,谷歌四亿美金收购了一家深度学习的创业公司,DeepMind。
鉴于深度学习在学术和工业界的巨大影响力,2013 年MIT Technology Review将其列为世界十大技术突破之首。
2. 深度学习有何与众不同?许多人会问,深度学习和其它机器学习方法相比有哪些关键的不同点,它成功的秘密在哪里?我们下面将对这此从几个方面作简要的阐述。
2.1 特征学习深度学习与传统模式识别方法的最大不同在于它是从大数据中自动学习特征,而非采用手工设计的特征。
好的特征可以极大提高模式识别系统的性能。
在过去几十年模式识别的各种应用中,手工设计的特征处于同统治地位。
它主要依靠设计者的先验知识,很难利用大数据的优势。
由于依赖手工调参数,特征的设计中只允许出现少量的参数。
深度学习可以从大数据中自动学习特征的表示,其中可以包含成千上万的参数。
手工设计出有效的特征是一个相当漫长的过程。
回顾计算机视觉发展的历史,往往需要五到十年才能出现一个受到广泛认可的好的特征。
而深度学习可以针对新的应用从训练数据中很快学习得到新的有效的特征表示。
一个模式识别系统包括特征和分类器两个主要的组成部分,二者关系密切,而在传统的方法中它们的优化是分开的。
在神经网络的框架下,特征表示和分类器是联合优化的,可以最大程度发挥二者联合协作的性能。
以2012 年Hinton 参加ImageNet 比赛所采用的卷积网络模型[9]为例,这是他们首次参加ImageNet 图像分类比赛,因此没有太多的先验知识。
模型的特征表示包含了6 千万个参数,从上百万样本中学习得到。
令人惊讶的是,从ImageNet 上学习得到的特征表示具有非常强的泛化能力,可以成功地应用到其它的数据集和任务,例如物体检测、跟踪和检索等等。
在计算机视觉领域另外一个著名的竞赛是PSACAL VOC。
但是它的训练集规模较小,不适合训练深度学习模型。
有学者将ImageNet 上学习得到的特征表示用于PSACALVOC 上的物体检测,将检测率提高了20%[10]。
既然特征学习如此重要,什么是好的特征呢?一幅图像中,各种复杂的因素往往以非线性的方式结合在一起。
例如人脸图像中就包含了身份、姿态、年龄、表情和光线等各种信息。
深度学习的关键就是通过多层非线性映射将这些因素成功的分开,例如在深度模型的最后一个隐含层,不同的神经元代表了不同的因素。
如果将这个隐含层当作特征表示,人脸识别、姿态估计、表情识别、年龄估计就会变得非常简单,因为各个因素之间变成了简单的线性关系,不再彼此干扰。
2.2 深层结构的优势深度学习模型意味着神经网络的结构深,由很多层组成。
而支持向量机和Boosting 等其它常用的机器学习模型都是浅层结构。
有理论证明,三层神经网络模型(包括输入层、输出层和一个隐含层)可以近似任何分类函数。
既然如此,为什么需要深层模型呢?理论研究表明,针对特定的任务,如果模型的深度不够,其所需要的计算单元会呈指数增加。
这意味着虽然浅层模型可以表达相同的分类函数,其需要的参数和训练样本要多得多。
浅层模型提供的是局部表达。
它将高维图像空间分成若干局部区域,每个局部区域存储至少一个从训练数据中获得的模板。
浅层模型将一个测试样本和这些模板逐一匹配,根据匹配的结果预测其类别。
例如在支持向量机模型中,这些模板就是支持向量;在最近邻分类器中,这些模板是所有的训练样本。
随着分类问题复杂度的增加,图像空间需要被划分成越来越多的局部区域,因而需要越来越多的参数和训练样本。
深度模型能够减少参数的关键在于重复利用中间层的计算单元。
例如,它可以学习针对人脸图像的分层特征表达。
最底层可以从原始像素学习滤波器,刻画局部的边缘和纹理特征;通过对各种边缘滤波器进行组合,中层滤波器可以描述不同类型的人脸器官;最高层描述的是整个人脸的全局特征。
深度学习提供的是分布式的特征表示。
在最高的隐含层,每个神经元代表了一个属性分类器,例如男女、人种和头发颜色等等。
每个神经元将图像空间一分为二,N 个神经元的组合就可以表达2N 个局部区域,而用浅层模型表达这些区域的划分至少需要个2N 模板。
由此我们可以看到深度模型的表达能力更强,更有效率。
2.5 提取全局特征和上下文信息的能力深度模型具有强大的学习能力,高效的特征表达能力,从像素级原始数据到抽象的语义概念逐层提取信息。
这使得它在提取图像的全局特征和上下文信息方面具有突出的优势。
这为解决一些传统的计算机视觉问题,如图像分割和关键点检测,带来了新的思路。
以人脸的图像分割为例。
为了预测每个像素属于哪个脸部器官(眼睛、鼻子、嘴、头发),通常的作法是在该像素周围取一个小的区域,提取纹理特征(例如局部二值模式),再基于该特征利用支持向量机等浅层模型分类。
因为局部区域包含信息量有限,往往产生分类错误,因此要对分割后的图像加入平滑和形状先验等约束。
事实上即使存在局部遮挡的情况下,人眼也可以根据脸部其它区域的信息估计被遮挡处的标注。
这意味着全局和上下文的信息对于局部的判断是非常重要的,而这些信息在基于局部特征的方法中从最开始阶段就丢失了。
理想的情况下,模型应该将整幅图像作为输入,直接预测整幅分割图。
图像分割可以被当作一个高维数据转换的问题来解决。
这样不但利用到了上下文信息,模型在高维数据转换过程中也隐式地加入了形状先验。
但是由于整幅图像内容过于复杂,浅层模型很难有效地捕捉全局特征。
深度学习的出现使这一思路成为可能,在人脸分割[11]、人体分割[12]、人脸图像配准[13]和人体姿态估计等各个方面都取得了成功[14]。