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年薪十萬？對于程序員來說，這僅僅是溫飽水平。

根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局今年上半年發(fā)布的消息，2016 年信息傳輸、軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)的平均工資為 122478 元，首次打敗金融業(yè)成為新霸主，是全國城鎮(zhèn)單位就業(yè)人員平均水平 57394 元的兩倍以上。

然后 AI 浪潮來臨，已經(jīng)率先脫貧的程序員群體又迎來了升職加薪好時(shí)機(jī)：轉(zhuǎn)型AI工程師。

AI科技大本營發(fā)現(xiàn)，目前互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)招聘的名單里面 41% 是和 AI 跟算法相關(guān)的，并且由于人才奇缺，公司開出的薪資也非常的高。在 2018 年高校校招開出的薪資中，Google 是最高的，有 56 萬。另外，我們統(tǒng)計(jì)社招平均的月薪中可以看到跟 AI 相關(guān)的，基本都四萬以上了。

小康變中產(chǎn)，只差臨門一腳了。

為此，營長特意為轉(zhuǎn)型過程中的AI工程師們準(zhǔn)備了一道大餐——機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)階手冊，它是Reddit機(jī)器學(xué)習(xí)論壇上周周榜的第一。

這篇文章是Twitter機(jī)器學(xué)習(xí)專家Ferenc Huszár關(guān)于轉(zhuǎn)換算法的一系列經(jīng)驗(yàn)之談，他在Twitter Cortex機(jī)器學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)專門研究視覺數(shù)據(jù)的非監(jiān)督學(xué)習(xí)。文章內(nèi)容不是面向機(jī)器學(xué)習(xí)新手的入門介紹，而是關(guān)于VAE、GAN、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等話題的一系列研究技巧。

下面是他所寫的具體內(nèi)容，只要你讀懂了，你肯定就會比營長更加接近西二旗碼農(nóng)程們那月薪5萬的高端生活。（營長正在默默地求高中老師能重新教一回那些最簡單的概率、統(tǒng)計(jì)。）

本周忙得要死，沒讀任何新東西，所以只能分享一些我為自己所寫的機(jī)器學(xué)習(xí)技巧，內(nèi)容是關(guān)于機(jī)器學(xué)習(xí)的各種變換算法。通過這些變換，你就能把眼前的機(jī)器學(xué)習(xí)問題轉(zhuǎn)化成我們已知的、能夠解決的問題——即找出易處理的向量場量內(nèi)的穩(wěn)定“吸引子”（譯注：“吸引子”，Attractors，是指一個(gè)系統(tǒng)行為的歸宿或被吸引到的地方）。

典型的情況是這樣的：你有一些模型參數(shù)，比如θ。你想優(yōu)化其中的某些客觀標(biāo)準(zhǔn)，可使用下列方法來優(yōu)化問題又相當(dāng)棘手。所以你要將問題進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如果轉(zhuǎn)化之后的問題能被有效優(yōu)化，你就能解決問題；如果不能優(yōu)化，你可以在此基礎(chǔ)上繼續(xù)轉(zhuǎn)換，直到問題可以被有效優(yōu)化為止。

更新：雖說我寫的時(shí)候稱此為參考手冊，但正如眼尖的Reddit讀者所評論的，本文在內(nèi)容上并未做到面面俱到，作為參考手冊太勉強(qiáng)了。這里不妨視之為機(jī)器學(xué)習(xí)研究的某種示范操作，就像編譯器一樣，將抽象的機(jī)器學(xué)習(xí)問題編譯成尋找易處理向量場中穩(wěn)定吸引子的優(yōu)化問題。

作為首批示范，我先介紹下列問題的轉(zhuǎn)換：

• 變分不等式
• 對抗博弈
• 進(jìn)化策略
• 凸松弛

其他轉(zhuǎn)換還包括對偶原理、半二次分裂、拉格朗日乘子，等等。對于你希望談?wù)摰脑掝}，歡迎在評論區(qū)寫出來，下次我會補(bǔ)上這些內(nèi)容。

變化不等式

典型問題：

我的損失函數(shù) f(θ) 很難計(jì)算，主要是它涉及到難以解決的邊緣化問題。我無法評估它，只能將其最小化。

解決方法：

讓我們構(gòu)建一組典型的可微分的上邊界：

以解決最優(yōu)化問題：

嚴(yán)格來講，一旦優(yōu)化完成，你就可以丟棄輔助參數(shù)ψ∗——盡管事實(shí)通常表明，參數(shù)本身還是很有意義的，如在VAE的識別模型里面用作近似推斷。

轉(zhuǎn)換技巧：

Jensen不等式：凸函數(shù)的平均值絕不會低于用來擬合平均值的凸函數(shù)取值。

通常以標(biāo)準(zhǔn)ELBO（evidence lower bound）變體的形式出現(xiàn)，求導(dǎo)如下：

再參數(shù)化竅門：在變分推斷中，我們往往會遇到如下形式的梯度：

其中，變量的概率分布函數(shù)（ probability distribution function）以積的形式呈現(xiàn)。如果我們能找到一個(gè)函數(shù)

，

并且該函數(shù)處處可微。它的第二個(gè)參數(shù)，以及參數(shù)參數(shù)pε對ε的概率分布，則易于通過采樣所獲，如下所示：

然后我們就能使用下面這個(gè)在變分上界常常都會用到的積分重構(gòu)：

相比于強(qiáng)化估計(jì)（REINFORCE estimators），使用蒙特卡洛估計(jì)來計(jì)算期望，往往能得出更小的方差。

對抗博弈

典型問題：

我無法從樣本中直接估計(jì)損失函數(shù)f(θ)，通常因?yàn)閾p失函數(shù)取決于模型或數(shù)據(jù)分布的概率分布函數(shù)（ probability distribution function），或兩者皆有。

解決方法：

我們可以構(gòu)造出某種近似，令

而后，我們就能解決雙人博弈問題中的穩(wěn)定均衡，令雙方分別最小化有關(guān)于ψ的損失函數(shù)g和有關(guān)θ的損失函數(shù)h。

在h=-g的情況下，該近似表達(dá)式則表現(xiàn)為變分下界的形式：

此時(shí)，我們可以轉(zhuǎn)而用以下的極大極小值問題來代替：

變換竅門：

輔助任務(wù)中的貝葉斯優(yōu)化：當(dāng)損失函數(shù)取決于易采樣樣本的概率分布密度時(shí)，可以構(gòu)造一個(gè)輔助任務(wù)，而輔助任務(wù)的貝葉斯優(yōu)化解決方案取決于密度的值。這類輔助任務(wù)的例子有極大似然估計(jì)的二進(jìn)制分類、估計(jì)分?jǐn)?shù)函數(shù)的去噪或分?jǐn)?shù)匹配。

凸共軛：在損失函數(shù)包含密度凸函數(shù)（如f-divergences中）的情況下，你能夠通過依照凸共軛的形式來重新表述，以轉(zhuǎn)換問題。f的凸共軛f*則可表達(dá)成：

其中，如果u是一個(gè)密度函數(shù)，那么內(nèi)積⟨u,v_ψ⟩就是v_ψ的期望，這就能用蒙特卡羅近似采樣。

進(jìn)化策略

典型問題：

我的損失函數(shù)f(θ)易于評估，但卻難以優(yōu)化，可能是因?yàn)樗穗x散運(yùn)算，或是該函數(shù)為分段型常量函數(shù)，無法進(jìn)行反向傳播。

解決方法：

對于任意概率分布pψ，它在θ上的函數(shù)值都滿足于：

因而，使用進(jìn)化策略，我們可專注于下列問題來做優(yōu)化：

通常，由于依賴于函數(shù)f和概率分布pψ的類型，f的局部最小值能夠從ψ的局部最小值中恢復(fù)。

轉(zhuǎn)換竅門：

強(qiáng)化梯度估計(jì)：依賴于下述技巧：

其中，RHS可以用蒙特卡洛輕松近似。蒙特卡洛強(qiáng)化估計(jì)的方差往往相對較高。

凸松弛

典型問題：

我的損失函數(shù)f(θ)難以優(yōu)化，因?yàn)樗豢晌ⅲ矣蟹峭共糠帧Ｈ缦∈璺椒ㄏ蛄康?#8467;0范數(shù)，或分類問題中的單位階躍函數(shù)。

解決方法：

用凸近似來代替非凸的部分，將你的目標(biāo)轉(zhuǎn)化為一個(gè)典型的凸函數(shù)g

轉(zhuǎn)換竅門：

ℓ1損失函數(shù)：在一些稀疏的學(xué)習(xí)情景中，我們希望能最小化某個(gè)向量中的非零項(xiàng)，這就是ℓ0損失函數(shù)，通常可以用該向量的ℓ1范數(shù)來替代其損失函數(shù)。

Hinge損失函數(shù)與大間隔方法：在0-1損失下，二值分類器的錯(cuò)誤率目標(biāo)通常是其參數(shù)的分段常值函數(shù)，因此難以優(yōu)化。我們可以用hinge損失函數(shù)來代替0-1損失函數(shù)，它可被理解為一個(gè)凸上界。結(jié)果，優(yōu)化問題將最大化分類器的間隔。

不過，想要真正實(shí)現(xiàn)年薪 50 萬，只看營長的文章還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，堅(jiān)持學(xué)習(xí)才是真正的利器，望各位讀者共勉。