东南考研(东南考研分数线2023)

东南考研，东南考研分数线2023

东南大学等最新《自监督学习》最新进展，26页pdf356篇文献阐述自监督学习算法、理论与应用

深度监督学习算法通常需要大量的标记样本才能达到令人满意的性能。为避免收集和标记过多样本带来的昂贵成本，提出自监督学习(SSL)作为无监督学习的一个子集，在没有任何人工标注标签的情况下，从大量未标记样本中学习良好的特征。SSL是近年来的研究热点，相关算法层出不穷。然而，很少有全面的研究解释不同SSL变体之间的联系以及它们是如何演变的。文中试图从算法、理论、应用、3个主要趋势和开放问题等方面对SSL的各种方法进行综述。首先，详细介绍了大多数SSL算法的动机，并比较了它们的共性和差异;其次，研究了与SSL相关的理论问题。讨论了SSL在图像处理、计算机视觉(CV)以及自然语言处理(NLP)等领域的典型应用;最后讨论了SSL的3个主要发展趋势和有待进一步研究的问题。在https://github.com/guijiejie/SSL上可以找到一些有用的材料。

1. 引言

深度监督学习算法在计算机视觉(computer vision, CV)和自然语言处理(natural language processing, NLP)等领域取得了令人满意的性能。监督学习算法通常需要大量的标记样本才能获得更好的性能。由于以下两个主要原因，在ImageNet等大规模数据库上训练的模型被广泛用作预训练模型，然后进行微调以用于其他任务(表1)。首先，在不同的大规模数据库上学习到的参数提供了一个很好的起点。因此，在其他任务上训练的网络可以更快地收敛。其次，在大规模数据库上训练的网络已经学习到相关的层次特征，这有助于减少其他任务训练过程中的过拟合问题，特别是当其他任务中的示例数量较少或训练标签有限时。

不幸的是，在许多真实的数据挖掘和机器学习应用中，虽然可以找到许多未标记的训练样本，但通常只有有限的标记样本。标记的示例通常是昂贵、困难或耗时的，因为它们需要有经验的人类注释人员的努力。例如，在web用户特征分析中，可以很容易地收集到大量的web用户特征，但标注这些数据中的非盈利用户或盈利用户需要检查、判断，甚至是耗时的跟踪任务，需要有经验的人工评估人员执行，成本非常高。另一方面，在医疗领域，无标签样本可以很容易地从常规体检中获得。然而，对如此多的病例进行逐一诊断，给医学专家带来了沉重的负担。例如，为了进行乳腺癌诊断，放射科医生必须为大量容易获得的高分辨率乳房x光片中的每个焦点分配标签。这个过程通常非常低效和耗时。此外，监督学习方法存在虚假关联和泛化误差，容易受到对抗攻击。

为了缓解监督学习的两个局限性，许多机器学习范式被提出，如主动学习、半监督学习和自监督学习(SSL)。本文主要讨论SSL。SSL算法被提出，用于从大量未标记的实例中学习良好的特征，而无需使用任何人工标注。SSL的一般流程如图1所示。在自监督预训练阶段，设计预定义的前置任务供深度学习算法求解，并根据输入数据的某些属性自动生成用于前置任务的伪标签。然后，训练深度学习算法来学习解决前置任务;在自监督预训练过程完成后，学习到的模型可以作为预训练模型进一步迁移到下游任务(特别是当只有相对较少的样本可用时)，以提高性能并克服过拟合问题。

由于在自监督训练期间不需要人工标注来生成伪标签，SSL算法的一个主要优点是它们可以充分利用大规模未标记数据。使用这些伪标签进行训练的自监督算法取得了有希望的结果，自监督和监督算法在下游任务中的性能差距缩小了。Asano et al.[1]表明，即使在单一图像上，SSL也可以令人惊讶地产生泛化良好的低级特征。SSL[2] -[19]最近受到越来越多的关注(图2)图灵奖获得者，在第八届国际学习表征会议(ICLR 2020)上做了主题演讲，他的演讲题目是“the future is self – supervised”。Yann LeCun和Yoshua Bengio都获得了图灵奖，他们说SSL是人类级别的智能[20]的关键。谷歌学者表示，目前已经发表了大量与SSL相关的论文。例如，2021年发表了大约18,900篇与SSL相关的论文，每天大约有52篇论文，或每小时超过两篇论文(图2)。为了防止研究人员迷失在如此多的SSL论文中，并整理最新的研究成果，我们试图及时提供这一主题的调研。

本文的其余部分组织如下。第2-7节从算法、理论、应用、三个主要趋势、开放问题和性能比较的角度介绍SSL，如表2所示。最后，第8节对调研进行了总结。

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