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有哪些流行的 Few-shot Learning(少样本学习)实现框架?

Few-shot learning(少样本学习)让模型仅用少量训练数据就能学习新任务,有几个框架简化了其实现过程。三个广泛使用的工具包括基于 PyTorch 的库,如 Torchmeta 和 Lightning;带有 TF-Slim 扩展的 TensorFlow;以及用于适应预训练语言模型的 HuggingFace Transformers。这些框架为元学习、高效数据处理以及与现有架构集成提供了抽象,使得实验少样本技术变得更容易,而无需从零开始构建一切。

对于 PyTorch 用户,Torchmeta 是一个流行的选择。它为 Mini-ImageNet 和 Omniglot 等标准化少样本数据集提供了数据加载器,以及用于元学习算法(如模型无关元学习 (MAML))的模块。开发者可以自定义模型,并使用 Torchmeta 的封装器来处理任务式训练(episodic training),其中任务被分为支持集(训练)和查询集(验证)。另一个选择是 PyTorch Lightning,它简化了训练循环,并集成了 Weights & Biases 等库用于跟踪实验。例如,实现原型网络(一种通过将嵌入与类别原型进行比较来分类数据的方法),利用 Lightning 的模块化结构变得非常直接。

在 TensorFlow 生态系统中,TF-Slim 和来自 TensorFlow Hub 的预训练模型对于少样本场景非常实用。TF-Slim 减少了定义 ResNet 等架构所需的样板代码,这些架构可以在小数据集上进行微调。TensorFlow Hub 提供了可重用的嵌入(例如 BERT 或图像编码器),这些嵌入捕获了通用特征,允许开发者为新任务添加轻量级分类头。例如,您可以使用来自 Hub 的预训练图像编码器,冻结其权重,然后在之上训练一个小型神经网络,只需每个类别五个示例即可对新的对象类别进行分类。这种方法在利用迁移学习的同时最大限度地降低了计算成本。

对于自然语言处理 (NLP) 任务,HuggingFace Transformers 简化了将 GPT-3 或 T5 等语言模型应用于少样本设置。该库包含文本生成和分类的 pipeline,这些 pipeline 可以通过提示(prompt)来引导——这是少样本学习中的一项关键技术。例如,通过将情感分析任务框定为“这是正面评价吗?[文本] → [回答]”,GPT-2 可以在无需特定任务训练的情况下生成答案。此外,像 OpenAI 的 CLIP(可通过 PyTorch 访问)这样的框架结合了视觉和语言,用于零样本/少样本任务,例如使用文本描述对图像进行分类。这些工具抽象了复杂的训练过程,让开发者能够专注于提示设计和评估。

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