如今，機(jī)器學(xué)習(xí)在科學(xué)技術(shù)中無處不在。它在許多方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的計(jì)算方法，例如，極大地加快了繁瑣的過程并處理了大量的數(shù)據(jù)。在能源部的SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室中，機(jī)器學(xué)習(xí)已經(jīng)為開拓實(shí)驗(yàn)室的獨(dú)特科學(xué)設(shè)施和研究開辟了新途徑。

例如，SLAC科學(xué)家已經(jīng)使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來更有效地操作加速器，加快發(fā)現(xiàn)新材料的速度，并發(fā)現(xiàn)由天文物體引起的時(shí)空扭曲，其速度比傳統(tǒng)方法快一千萬倍。

術(shù)語“機(jī)器學(xué)習(xí)”廣義上是指使計(jì)算機(jī)通過從大量數(shù)據(jù)中推斷出自己的結(jié)論而不是遵循預(yù)定的步驟或規(guī)則來“通過示例學(xué)習(xí)”的技術(shù)。為了利用這些技術(shù)，SLAC在2019年啟動(dòng)了一項(xiàng)機(jī)器學(xué)習(xí)計(jì)劃，該計(jì)劃幾乎涵蓋了實(shí)驗(yàn)室所有學(xué)科的研究人員。

丹尼爾·拉特納(Daniel Ratner)是一位經(jīng)過培訓(xùn)的加速器物理學(xué)家，多年來一直致力于將機(jī)器學(xué)習(xí)方法應(yīng)用于SLAC的加速器，現(xiàn)在負(fù)責(zé)該計(jì)劃。在本問答中，他討論了機(jī)器學(xué)習(xí)可以做什么以及SLAC如何獨(dú)特地裝備以促進(jìn)基礎(chǔ)科學(xué)研究中機(jī)器學(xué)習(xí)的使用。

什么是機(jī)器學(xué)習(xí)?

機(jī)器學(xué)習(xí)程序通過查找示例中的模式來解決任務(wù)。這類似于人類學(xué)習(xí)的方式。因此，機(jī)器學(xué)習(xí)往往在人類擅長的任務(wù)上很有效，但是很難解釋為什么。

例如，您可以通過示例來教您的少年如何駕駛汽車。但是很難寫下一套有關(guān)如何在駕駛中可能遇到的各種情況下駕駛汽車的規(guī)則。這就是機(jī)器學(xué)習(xí)成功的情況。僅通過觀察某人駕駛汽車足夠長時(shí)間，機(jī)器學(xué)習(xí)模型就可以開始學(xué)習(xí)駕駛規(guī)則。

通?？梢詺w結(jié)為通過觀察足夠的數(shù)據(jù)來學(xué)習(xí)如何做某事。

機(jī)器學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)方法有何不同?

這是解決問題的另一種概念方法。機(jī)器學(xué)習(xí)不是手動(dòng)編寫復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序來完成整個(gè)復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析過程，而是將重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到開發(fā)示例數(shù)據(jù)集和評(píng)估解決方案的方法上。到那時(shí)，我可以將原始數(shù)據(jù)移交給機(jī)器學(xué)習(xí)模型，并對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練，以預(yù)測新數(shù)據(jù)的解決方案，這是以前從未見過的。您可以將其視為通過提取隱藏在數(shù)據(jù)集中的規(guī)則來避免繁重而昂貴的編程的一種方式。