半监督学习 - 自监督学习（Self-Supervised Learning）

什么是机器学习

自监督学习既不是纯粹的半监督学习，也不是纯粹的无监督学习，而是介于两者之间的一种学习范式。在自监督学习中，模型从数据本身中生成标签，而不是依赖外部的人工标签。这使得自监督学习可以利用未标签的大量数据进行训练，同时也可以通过生成的任务来学习有用的表示。

在半监督学习中，自监督学习是一种特殊的方法，其中模型通过自己创建标签并使用这些标签进行训练。自监督学习的目标是通过模型自身在任务中生成的信息来学习有用的表示，而不依赖于外部标签。

自监督学习的基本思想

1. 任务设计： 创建一个自我监督任务，其中模型通过对输入数据进行某种变换来生成标签。这样的任务通常是无监督的，因为它不需要外部标签。
2. 模型训练： 使用生成的自监督标签和输入数据进行训练。模型尝试最小化生成标签与输入数据之间的差异。
3. 学习表示： 通过这个自监督任务，模型学到了能够捕捉输入数据中有意义结构的表示。

自监督学习的常见任务

1. 自编码器（Autoencoder）： 自编码器是一种自监督学习的经典方法，其中模型被训练来将输入数据映射到自身，并在重构输入时最小化误差。
2. Word Embeddings： 在自然语言处理中，通过预测上下文中的单词或通过通过遮蔽部分文本并要求模型预测被遮蔽的部分来生成词向量。
3. 图像旋转任务： 模型被要求学会正确预测图像旋转的角度，这也被称为自监督学习中的“Jigsaw Puzzle”任务。
4. 颜色化任务： 模型通过将灰度图像映射到彩色图像，学习如何表示图像的颜色信息。
5. 对比学习： 模型通过将相似样本的表示尽量靠近，而将不相似样本的表示拉远，来学习具有区分性的表示。

优点和应用

1. 无需外部标签： 自监督学习不需要外部标签，因此可以利用大量未标签数据进行训练。
2. 泛化能力： 通过自监督任务学到的表示通常对其他任务具有很好的泛化能力。
3. 数据丰富： 自监督学习可以帮助模型从数据中挖掘更多信息，提高模型在下游任务上的性能。

自监督学习已经在计算机视觉、自然语言处理、语音处理等领域取得了显著的成功，并成为深度学习中一个备受关注的研究方向。