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科研经验贴：AI领域的研究方向总结

news 来源：原创 2025/5/24 8:25:31

定义：用于训练、验证和测试模型的样本集合，通常包含输入特征（如图像、文本）和对应标签（如类别、回归值）。

关键作用：

数据划分：
- 训练集：用于模型参数学习。
- 验证集：调整超参数（如学习率、正则化强度），防止过拟合。
- 测试集：评估模型的泛化能力（需确保未参与训练或调参）。
数据预处理：
- 归一化 / 标准化（如图像像素值归一化到 [0,1]）、分词（文本任务）、数据增强（如图像旋转、翻转）。
数据质量：
- 影响模型上限，需关注数据平衡（如类别不平衡问题）、噪声、标注一致性。

示例：

定义：由神经网络层（如卷积层、全连接层、Transformer 层）组成的架构，用于学习输入到输出的映射关系。

关键要素：

架构设计：
- 任务适配：
  - 图像：CNN（如 ResNet、YOLO）；
  - 序列：RNN/LSTM、Transformer（如 BERT、GPT）；
  - 图数据：GNN（图神经网络）。
- 超参数：层数、神经元数量、激活函数（如 ReLU、Sigmoid）、Dropout 率。
参数学习：
- 通过反向传播算法优化模型参数（权重和偏置），使损失函数最小化。
模型变种：
- 预训练模型（如 CLIP、LLaMA）：基于大规模数据预训练，可微调至下游任务。

示例：

定义：衡量模型预测值与真实值之间的差距，作为训练过程中优化的目标函数。

分类：

分类任务：
- 交叉熵损失（Cross-Entropy Loss）：适用于多分类，如 Softmax 输出层，公式： $\mathcal{L} = -\sum_{i=1}^n y_i \log \hat{y}_i$ 其中 $y_i$ 为真实标签（one-hot 编码）， $\hat{y}_i$ 为预测概率。
- 二元交叉熵损失（Binary Cross-Entropy Loss）：适用于二分类（如 Sigmoid 输出）。
- 焦点损失（Focal Loss）：缓解类别不平衡问题，通过权重抑制易分类样本的影响。
回归任务：
- 均方误差（MSE）：预测值与真实值差的平方均值，公式： $\mathcal{L} = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n (y_i - \hat{y}_i)^2$
- 平均绝对误差（MAE）：差值绝对值的均值，对异常值更鲁棒。
其他任务：
- 排序任务：铰链损失（Hinge Loss）；
- 生成任务：对抗损失（GANs 中的判别器与生成器损失）。

选择原则：

定义：用于评估模型性能的量化指标，反映模型在特定任务上的效果（不同于损失函数，不一定可微）。

常见度量：

分类任务：
- 准确率（Accuracy）：正确预测样本占比，但对不平衡数据不敏感。
- 精确率（Precision）、召回率（Recall）、F1 分数：适用于二分类，平衡查准率与查全率。
- 混淆矩阵（Confusion Matrix）：可视化各类别预测对错情况。
- AUC-ROC：衡量分类器在不同阈值下的泛化能力。
回归任务：
- MSE、MAE、RMSE（均方根误差）：误差的不同统计量，RMSE 与预测值量纲一致。
- R² 分数：预测值与真实值的拟合优度。
生成任务：
- 图像生成：FID（Frechet Inception Distance）、IS（Inception Score）；
- 文本生成：BLEU（机器翻译）、PPL（困惑度，语言模型）。
其他：
- 目标检测：mAP（平均精度均值）；
- 语义分割：IoU（交并比）。

注意事项：

定义：在特定数据集上的公认性能标准，用于比较不同模型的优劣，通常包括：

作用：

示例基准数据集：

数据优先：
- 花 80% 时间处理数据（清洗、增强、平衡），而非调参。
损失与度量解耦：
- 训练时用易优化的损失函数（如交叉熵），评估时用业务相关度量（如点击率预测中的 AUC）。
基准选择策略：
- 优先选择领域内权威基准（如计算机视觉选 ImageNet，NLP 选 GLUE）；
- 若数据私有，需建立内部基准（如历史模型性能作为基线）。
模型轻量化与泛化：
- 在基准上追求高性能的同时，需考虑模型推理速度（如边缘设备的延迟限制）。