眾所周知，人工智能技術(shù)正在改變著世界，并已經(jīng)成為真正的世紀(jì)機(jī)遇。作為一種科學(xué)思想，人工智能的起源至少可以追溯到700多年前。但是作為一項理論計算，人工智能概念的正式提出應(yīng)當(dāng)歸功于艾倫·麥席森·圖靈(Alan M. Turing)在1948年撰寫但未發(fā)表的論文Intelligent Machinery以及在1950年發(fā)表的論文Computing Machinery and Intelligence。這兩篇論文點燃了科學(xué)家用機(jī)器模擬人類智能的夢想，而通用智能則成為這一夢想追求的最高目標(biāo)。在過去的70多年里，人工智能先后經(jīng)歷了狂熱寒冬復(fù)興，最終進(jìn)入了平穩(wěn)的發(fā)展階段。時至今日，人工智能的概念已經(jīng)深入人心。ChatGPT和元學(xué)習(xí)的異軍突起，更加堅定了科學(xué)家追求通用智能的信念。

元學(xué)習(xí)的英文翻譯為Meta Learning，本質(zhì)是learning to learn，即學(xué)會學(xué)習(xí)。這是一種面向過程的新型高端機(jī)器學(xué)習(xí)算法，我們團(tuán)隊于2020年開始嘗試這方面的研究和探索。作為新型高端算法，元學(xué)習(xí)的研究不僅涉及復(fù)雜模型推導(dǎo)，而且涉及大規(guī)模編程。在相關(guān)課題研究中，團(tuán)隊的編程思維和代碼調(diào)試能力都經(jīng)歷了非常大的挑戰(zhàn)，最終完成了一系列的算法創(chuàng)新。我們和學(xué)生一起探索、進(jìn)步。他們作為團(tuán)隊的生力軍，一直都是課題研究的中堅力量�，F(xiàn)在他們都已經(jīng)以優(yōu)異的成績畢業(yè)，找到了理想的工作，投入了新的研究課題。新的學(xué)生又是從零開始，團(tuán)隊急需引導(dǎo)他們形成元學(xué)習(xí)的編程思維。從編程平臺搭建到開發(fā)環(huán)境配置，給學(xué)生們多一些勇氣和鼓勵，他們最終也將完成對大規(guī)模代碼的理解與調(diào)試。

為了幫助更多的讀者，本書選擇以Chelsea Finn創(chuàng)立的模型無關(guān)元學(xué)習(xí)（MAML）算法程序為主線，為讀者設(shè)計了循序漸進(jìn)的閱讀體驗。全書共5章，第1章的聯(lián)合訓(xùn)練問題與第2章的任務(wù)構(gòu)建問題是元學(xué)習(xí)研究的基本問題，建模思路和算法思想通俗易懂，代碼注釋極為詳細(xì)，確保讀者開篇即可輕松入門。第3章的過程建模問題與第4章的輸入輸出問題代表了元學(xué)習(xí)研究的核心問題，因為已經(jīng)有了前兩章的研究基礎(chǔ)，讀者仍然可以在較短時間內(nèi)收獲進(jìn)步的喜悅。第5章解釋的應(yīng)用拓展問題是元學(xué)習(xí)研究的根本問題，元學(xué)習(xí)過程與人類的學(xué)習(xí)過程比較相似，在算法程序中體現(xiàn)了學(xué)前準(zhǔn)備、預(yù)習(xí)、快速學(xué)習(xí)等核心環(huán)節(jié)。

本書特色

(1) 內(nèi)容通俗易懂。本書貼近初學(xué)者的實際情況，完整復(fù)現(xiàn)了團(tuán)隊在元學(xué)習(xí)算法研究初期對代碼問題和算法思想的理解。對人工智能感興趣但缺少專業(yè)指導(dǎo)的讀者，開篇即可輕松入門，能在較短時間內(nèi)收獲進(jìn)步的喜悅。

(2) 有趣，但不缺乏挑戰(zhàn)。元學(xué)習(xí)過程與人類的學(xué)習(xí)過程比較相似，是非常有趣的算法。本書從最初級的算法思想開始，循序漸進(jìn)地幫助初學(xué)者全方位、系統(tǒng)理解元學(xué)習(xí)的有趣過程。同時，也為讀者留出了部分思考空間，積極引導(dǎo)讀者嘗試探索，在挑戰(zhàn)中逐步超越自我。

(3) 既是放大鏡，又是加速器。本書為讀者提供了一枚放大鏡。透過本書，讀者將有能力解釋模型無關(guān)元學(xué)習(xí)算法程序的所有細(xì)節(jié)。作為深度學(xué)習(xí)的拓展應(yīng)用，元學(xué)習(xí)算法的實現(xiàn)涉及一系列高級編程技巧。這些編程技巧是讀者成長的加速器，可以在較短時間內(nèi)形成編程思維，提高編程效率。

致謝

首先對MAML算法創(chuàng)始人Chelsea Finn的免費授權(quán)許可深表謝意！免費授權(quán)許可包含在4.1.2節(jié)內(nèi)，讀者也可在隨書贈送的源代碼目錄中查看。LICENSE文件（授權(quán)許可）的源代碼目錄中還包含筆者對原創(chuàng)者Chelsea Finn的英文致謝視頻！ 為表達(dá)對原創(chuàng)代碼的充分尊重，遵照原創(chuàng)者Chelsea Finn的要求，現(xiàn)將LICENSE文件中包含的免費授權(quán)許可突出展示如下：

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再次感謝原創(chuàng)者Chelsea Finn的無私分享。這一學(xué)術(shù)精神值得敬重，同時也需要延續(xù)。

筆者團(tuán)隊正在開發(fā)新的元學(xué)習(xí)模型，完成后也將無償分享給讀者。

本書復(fù)現(xiàn)了團(tuán)隊在元學(xué)習(xí)算法研究初期對代碼問題和算法思想的理解和部分可公開的討論結(jié)果。這些結(jié)果得益于上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)、中國科學(xué)院、印度國家科學(xué)院提供的研究平臺，在此鄭重感謝相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的大力支持。一部分研究生和優(yōu)秀本科生曾經(jīng)參與MAML算法程序的深入探討，對他們分享的研究心得表示感謝！

感謝家人，家人的理解和支持一直是我們前行的勇氣和動力。

由于編者水平有限，書中不妥或疏漏之處在所難免，歡迎讀者批評指正。

編者
2024年12月