新疆研究生機(jī)器學(xué)習(xí)課程的實(shí)踐與探索

哈里旦木·阿布都克里木

摘要：本文將結(jié)合教學(xué)實(shí)踐來探討新疆研究生機(jī)器學(xué)習(xí)課程的教學(xué)方法。首先，介紹機(jī)器學(xué)習(xí)的重要性及意義；其次，講述新疆研究生機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)中存在的問題；最后，講述如何通過教、學(xué)和研結(jié)合的方式解決新疆研究生機(jī)器學(xué)習(xí)教學(xué)中存在的問題。

關(guān)鍵詞：機(jī)器學(xué)習(xí)；教學(xué)；研究

前言

機(jī)器學(xué)習(xí)是近年來最前沿的技術(shù)之一。人們?cè)谏钪须x不開各種各樣的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。如百度（Baidu）或必應(yīng)（Bing）搜索引擎，這些搜索引擎由谷歌（Google）或微軟（Microsoft）實(shí)現(xiàn)的PageRank模型所支持，這種模型可以“學(xué)會(huì)”如何對(duì)網(wǎng)頁進(jìn)行排名。如今機(jī)器學(xué)習(xí)在自然語言處理、計(jì)算機(jī)視覺、數(shù)據(jù)挖掘、醫(yī)學(xué)診斷、語音和手寫識(shí)別、無人機(jī)和無人車等很多領(lǐng)域都得到了成功應(yīng)用。機(jī)器學(xué)習(xí)發(fā)源于人工智能領(lǐng)域①。

人工智能在當(dāng)今社會(huì)引起了很大反響。國(guó)家也提出了未來要人工智能發(fā)展的方針和政策。人工智能的熱潮越演越烈，但是人工智能人才極其短缺。為了能夠培養(yǎng)更多的人工智能人才，全球?qū)τ谌斯ぶ悄芙逃暮袈暡粩?。日前，全球首本人工智能基礎(chǔ)（高中版）正式被發(fā)布。而人工智能背后所支持的算法是機(jī)器學(xué)習(xí)[1]。

一、存在的問題

1.課堂內(nèi)容重原理輕應(yīng)用，學(xué)生興趣缺失。目前，由于課時(shí)的限制，新疆研究生機(jī)器學(xué)習(xí)課程主要講述各種智能技術(shù)的數(shù)學(xué)原理及模型，幾乎不涉及實(shí)際應(yīng)用。在實(shí)際教學(xué)中，一味的講解各類算法理論和模型，使得課堂內(nèi)容較為枯燥，并且與實(shí)際應(yīng)用相距太遠(yuǎn)，學(xué)生感到乏味，難以提起學(xué)習(xí)興趣[2]。

2.欠缺掌握機(jī)器學(xué)習(xí)前沿技術(shù)的教師隊(duì)伍。計(jì)算機(jī)專業(yè)目前無論在國(guó)外還是在國(guó)內(nèi)都是比較熱門的一個(gè)專業(yè)，就業(yè)前途很好。很多跨國(guó)IT公司和國(guó)內(nèi)著名的IT企業(yè)都在沿海一帶，大部分人工智能領(lǐng)域的人才都積聚在比較發(fā)達(dá)的沿海城市，西部地區(qū)人才流失嚴(yán)重，掌握人工智能前沿技術(shù)的人才更是缺乏，雖然這幾年國(guó)家通過援疆政策（如：少數(shù)民族骨干計(jì)劃政策等）大力支持西部地區(qū)高等教育的發(fā)展，對(duì)口支援高校，每年選派優(yōu)秀老師到新疆高校培養(yǎng)一批優(yōu)秀的博士生并就培養(yǎng)人才方面提出寶貴的建議和意見，但是需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于供給，因此很多計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生未能及時(shí)掌握人工智能領(lǐng)域的前沿技術(shù)。

3.硬件配置的要求?，F(xiàn)在機(jī)器學(xué)習(xí)方法中最熱門的深度學(xué)習(xí)方法對(duì)硬件的要求很高。比如，125萬的中英數(shù)據(jù)訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)的神經(jīng)翻譯系統(tǒng)必須要在GPU上運(yùn)行，而且需要4、5天才能收斂。再比如，谷歌的DeepMind團(tuán)隊(duì)提出的圍棋人工智能程序--AlphaGo②和AlphaGo Zero③，它們都是深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用。然而這兩個(gè)模型對(duì)硬件的要求非常高。其中，AlphaGo 模型需要在48個(gè)TPU上訓(xùn)練，耗時(shí)幾個(gè)月才能打敗人類。雖然第二個(gè)版本AlphaGo Zero在很大程度上降低了硬件要求并縮短了訓(xùn)練時(shí)間，但是也至少需要4個(gè)TPU。那么如果AlphaGo 的單機(jī)版和人對(duì)弈，每次對(duì)弈需要使用8 塊GPU 和48 塊CPU。而很多科研院所沒有能力負(fù)擔(dān)如此耗資巨大的硬件設(shè)備。因此即使是研究生學(xué)會(huì)了最前沿的深度學(xué)習(xí)方法，如果沒有好的硬件配置很難超過傳統(tǒng)的方法。所以說要想讓深度學(xué)習(xí)更加實(shí)用，最新的技術(shù)更快落地，就需要在硬件和時(shí)間上進(jìn)行大量的改進(jìn)。

二、解決方法

1.教學(xué)內(nèi)容方面。使用理論和實(shí)踐相結(jié)合的方式?？梢詫?dāng)前最前沿的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)踐中，并將理論和實(shí)踐同步進(jìn)行，讓學(xué)生在理解理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際問題，讓學(xué)生自己去編寫出所對(duì)應(yīng)的程序。比如，機(jī)器學(xué)習(xí)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法可以進(jìn)行雙語句子之間的翻譯。理論方面，我們可以給學(xué)生講解經(jīng)典神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理，如反向傳播算法和梯度下降算法等。另外，讓學(xué)生們自己去查找神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)器翻譯方面的最新技術(shù)。實(shí)踐方面，可以安排上機(jī)課，帶領(lǐng)學(xué)生們理解現(xiàn)有的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)器翻譯系統(tǒng)的代碼，并讓學(xué)生們自己編程實(shí)現(xiàn)神經(jīng)機(jī)器翻譯系統(tǒng)。這樣的講課方式不僅能夠讓同學(xué)們掌握前沿的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的原理，同時(shí)還能學(xué)習(xí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)用，讓學(xué)生們學(xué)以致用，這樣也可以提高學(xué)生們的興趣。在此基礎(chǔ)上，我們更加鼓勵(lì)研究生們結(jié)合自己的研究方向選定一個(gè)感興趣的任務(wù)，用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)去解決[3]。

2.機(jī)器學(xué)習(xí)教師稀缺問題?？梢再?gòu)買網(wǎng)上的在線學(xué)習(xí)教程，首先是老師自己學(xué)習(xí)，掌握機(jī)器學(xué)習(xí)?；蛘呤桥衫蠋煹絿?guó)內(nèi)外參加機(jī)器學(xué)習(xí)培訓(xùn)班或研討會(huì)，提升老師的機(jī)器學(xué)習(xí)知識(shí)。

3.加強(qiáng)本地研究生與對(duì)口支援高校的聯(lián)合培養(yǎng)力度，條件允許的情況下周期性選派優(yōu)秀研究生前往北京上海的支援高校聯(lián)合培養(yǎng)，這樣本地研究生及時(shí)掌握人工智能領(lǐng)域的前沿技術(shù)有利于提高研究生的綜合專業(yè)水平。寒暑假可以派遣研究生去知名IT企業(yè)實(shí)習(xí)，或參加各類學(xué)習(xí)班和相關(guān)學(xué)術(shù)會(huì)議，開闊研究生的視野，為研究生提供更好的學(xué)習(xí)與科研環(huán)境。

4.加強(qiáng)對(duì)研究生基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備的培養(yǎng)。在這方面，我們鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自我學(xué)習(xí)。與課程相關(guān)的內(nèi)容，可以安排自學(xué)作業(yè)，如安排學(xué)生自學(xué)一些必備的數(shù)學(xué)知識(shí)，或者閱讀最新論文。我們希望通過這種方式克服學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)和英語的恐懼心理，增強(qiáng)研究生的自學(xué)能力。

注釋：

① https：//www.coursera.org/

②https：//baike.baidu.com/item/%E9%98%BF%E5%B0%94%E6%B3%95%E5%9B%B4%E6%A3%8B/19319610？fromtitle=AlphaGo&fromid=19315265&fr=aladdin

③https：//baike.baidu.com/item/AlphaGo%20Zero/22168629？fr=aladdin

參考文獻(xiàn)：

[1]袁鼎榮. 淺談《機(jī)器學(xué)習(xí)》的課程教學(xué)方法[J]. 廣西經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)， 2010， 22（4）：99-101.

[2]曾憲華， 李偉生， 于洪. 智能信息處理課程群下的機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)改革[J].計(jì)算機(jī)教育， 2014， No.223（19）：60-62.

[3]曲衍鵬， 鄧安生， 王春立，等. 面向機(jī)器學(xué)習(xí)課程的教學(xué)改革實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育，2014， No.223（19）：88-92.