基于深度学习的知识追踪研究进展

知识追踪是教育数据挖掘领域的一个重要研究方向,其目标是通过建立学生知识状态随时间变化的模型,来判断学生对知识的掌握程度并从学生的学习轨迹中挖掘出潜在的学习规律,从而提供个性化的指导,达到人工智能辅助教育的目的.深度学习因其强大的特征提取能力,已被证明能显著提升知识追踪模型的性能而越来越受到各方重视.以最基本的深度知识追踪模型为起点,全面回顾了该研究领域的研究进展,给出了该研究领域技术改进、演化脉络图,并从针对可解释问题的改进、针对长期依赖问题的改进、针对缺少学习特征问题的改进3个主要技术改进方向做了深入阐述和比较分析,同时对该领域中的已有模型做了归类,整理了可供研究者使用的公开数据集,考察了其主要应用,最后,对基于深度学习的知识追踪的未来研究方向进行了展望.     

深度知识追踪模型综述和性能比较

知识追踪是一种重要的认知诊断方法,往往被用于在线学习平台、智能辅导系统等信息化教学平台中.知识追踪模型通过分析学生与课程作业的交互数据,即时模拟学生对课程知识点的掌握水平,模拟的结果可以用来预测学生未来的学习表现,并帮助他们规划个性化的学习路径.在过去20多年中,知识追踪模型的构建通常基于统计学和认知科学的相关理论.随着教育大数据的开放和应用,基于深度神经网络的模型(以下简称“深度知识追踪模型”)以其简单的理论基础和优越的预测性能,逐渐取代了传统模型,成为知识追踪领域新的研究热点.根据所使用的神经网络结构,阐述近年来代表性深度知识追踪模型的算法细节,并在5个公开数据集上对这些模型的性能进行全面比较.最后讨论了深度知识追踪的应用案例和若干未来研究方向.     

深度学习驱动的知识追踪研究进展综述

随着教育信息化程度的不断加深,以预测学生知识状态为目标的知识追踪正成为个性化教育中一项重要且富有挑战性的任务。知识追踪作为一项教育数据挖掘的时间序列任务,与深度学习模型强大的特征提取和建模能力相结合,在处理顺序任务时具有得天独厚的优势。为此,简要分析传统知识追踪模型的特点及局限性,以深度知识追踪发展历程为主线,总结基于循环神经网络、记忆增强神经网络、图神经网络的知识追踪模型及其改进模型,并对该领域的已有模型按照方法策略归类整理。同时梳理了可供研究者使用的公开数据集和模型评估指标,比较和分析不同建模方法的特点。对基于深度学习的知识追踪的未来发展方向进行探讨和展望,奠定进一步深入基于深度知识追踪研究的基础。     

学习者知识追踪研究进展综述

学习者建模是自适应学习系统的支撑技术之一,其中以知识追踪为代表的学习者知识状态建模研究最为广泛。3种代表性的知识追踪技术分别为基于隐马尔可夫模型的贝叶斯知识追踪、基于逻辑回归模型的可加性因素模型、基于循环神经网络的深度知识追踪。通过综述发现,贝叶斯知识追踪模型适用于含单一知识点的学习任务的知识追踪,可加性因素模型和深度知识追踪模型适用于含多知识点的学习任务的知识追踪,但深度知识追踪模型的教学可解释性不佳。在综述现有研究的基础上,受到知识空间理论的启发,将知识点之间的先决关系融入到知识追踪模型是未来的一个重要研究方向,并初步提出了一种融合知识点先决关系的可加因素模型。     

面向人工智能深度学习的知识图谱补全技术与应用综述

知识图谱旨在为各种领域提供更加全面可靠的服务,在实际应用中的价值不可估量,为了使其不断更新和趋于完整,知识图谱补全技术开始被提出;近几年,随着人工智能和深度学习的兴起,许多国内外学者对知识图谱补全方向进行深入研究,出现了很多面向人工智能深度学习的知识图谱补全模型,但相关的文献综述却并不多;为了提供一个全面了解该领域的框架,有助于读者能够掌握当前的研究进展和应用情况,并为未来的研究和应用提供一些参考;通过介绍其概念和典型的知识图谱,从深度学习的知识补全技术的三个角度展开,分析和归纳了目前基于深度学习的知识图谱补全模型,探讨了不同模型的优缺点及改进模型;同时,讨论了现阶段知识图谱补全任务所存在的问题和挑战,并探索了该领域的应用方向和发展前景;综上所述,深度学习在知识图谱补全中具有巨大的发掘价值,亟待学者们进行更深入的研究和进一步地创新。     

基于深度学习的嵌入式目标追踪研究进展

作为计算机视觉领域的基本问题之一, 目标追踪具有广泛的应用场景. 随着硬件算力和深度学习方法的进步, 常规的深度学习目标追踪方法精度越来越高, 但其模型参数量庞大, 计算资源和能耗需求高. 近年来, 随着无人机和智能物联网应用的蓬勃发展, 如何在存储空间和算力有限、低功耗需求的嵌入式硬件环境中进行实时目标跟踪, 成为当前研究的热点. 本文对面向嵌入式应用的目标追踪方法进行了分析综述, 包括相关滤波结合深度学习的目标追踪方法、基于轻量神经网络的目标跟踪方法, 并总结了深度学习模型部署流程和无人机等领域的嵌入式目标追踪典型应用实例, 最后对未来研究重点进行了展望.     

深度学习的舌体分割研究综述

舌体分割是智能医学诊断的重要组成部分,其目的是通过分割舌诊图像生成精准的舌体轮廓.近年来,深度学习方法在图像处理领域得到了广泛的应用并取得了较好的结果.随着医学图像分割对性能的要求越来越高,许多研究人员将深度学习运用到舌体分割中.主要对基于深度学习的舌体分割方法研究现状进行分析梳理和归纳总结.在舌体分割应用领域中,以各种深度学习方法作为研究对象,将基于深度学习的舌体分割方法划分为卷积神经网络(CNN)、全卷积网络(FCN)、卷积模型与图形模型、基于编解码器的模型、基于区域卷积网络模型、扩张卷积模型结构、迁移学习以及其他方法.在每类方法中,针对其改进和扩展的研究成果进行了全面的论述,总结分析其优势与不足;并对基于深度学习的舌体分割常用的数据集和评价指标进行了视觉比较与性能评估;最后讨论了未来研究工作中的发展潜力.     

深度学习可解释性研究进展

深度学习的可解释性研究是人工智能、机器学习、认知心理学、逻辑学等众多学科的交叉研究课题,其在信息推送、医疗研究、金融、信息安全等领域具有重要的理论研究意义和实际应用价值.从深度学习可解释性研究起源、研究探索期、模型构建期3方面回顾了深度学习可解释性研究历史,从可视化分析、鲁棒性扰动分析、敏感性分析3方面展现了深度学习现有模型可解释性分析研究现状,从模型代理、逻辑推理、网络节点关联分析、传统机器学习模型改进4方面剖析了可解释性深度学习模型构建研究,同时对当前该领域研究存在的不足作出了分析,展示了可解释性深度学习的典型应用,并对未来可能的研究方向作出了展望.     

深度学习在天气预报领域的应用分析及研究进展综述

随着传感器网络和全球定位系统等技术的进步，兼有时间与空间特性的气象数据体量呈爆炸式增长，针对时空序列预测（STSF）的深度学习模型研究得到了迅猛发展。然而，长期以来用于天气预报的传统机器学习方法在提取数据的时间相关性与空间依赖性方面的效果往往并不理想。与此同时，深度学习方法通过人工神经网络自动提取特征，可以有效提高天气预报的准确度，并且在编码长期空间信息的建模方面有相当优秀的效果。同时，由观测数据驱动的深度学习模型与基于物理理论的数值天气预报（NWP）模型结合的方式可以构建拥有更高预测精度与更长预报时间的混合模型。基于这些，将深度学习在天气预报领域的应用分析及研究进展进行了综述。首先，将天气预报领域的深度学习问题与经典深度学习问题从数据格式、问题模型与评价指标这3个方面进行了对比研究；然后，回顾了深度学习在天气预报领域的发展历程与应用现状，并总结分析了深度学习技术与NWP结合的最新进展；最后，展望了未来的发展方向和研究重点，为天气预报领域的深度学习研究提供参考。     

深度置信网络模型及应用研究综述

介绍深度置信网络（DBN）理论基础的发展,对比分析深层结构DBN与浅层网络结构的差异,最后引用多篇文献分析研究DBN在文字检测、人脸及表情识别领域和遥感图像领域的应用效果。全面介绍了深度学习模型DBN,深入分析DBN的构建与实际应用,为研究人员提供改进DBN的思路,以期在未来将其运用到更宽广的新兴领域中。     

多目标检测与跟踪算法在智能交通监控系统中的研究进展

多目标跟踪的研究对于构建人、路、车、云协同一体化的智能交通监控系统具有广泛的应用价值,传统手工设计特征的方法对高层信息的表征能力有限,难以进行复杂场景下的多目标跟踪,随着深度学习的发展,多目标跟踪算法的性能取得较大进展.为了宏观把握基于深度学习的多目标跟踪算法的研究进展,首先比较基于检测的跟踪算法、基于联合检测与跟踪算法、基于单目标跟踪器的多目标跟踪算法的优缺点;然后介绍多目标跟踪算法在智能交通监控场景的应用;最后总结目前多目标跟踪存在的问题与挑战,对多目标跟踪算法未来在智能交通领域的发展进行思考和展望.     

深度学习的目标跟踪算法综述

目标跟踪是利用一个视频或图像序列的上下文信息,对目标的外观和运动信息进行建模,从而对目标运动状态进行预测并标定目标位置的一种技术,是计算机视觉的一个重要基础问题,具有重要的理论研究意义和应用价值,在智能视频监控系统、智能人机交互、智能交通和视觉导航系统等方面具有广泛应用。大数据时代的到来及深度学习方法的出现,为目标跟踪的研究提供了新的契机。本文首先阐述了目标跟踪的基本研究框架,从观测模型的角度对现有目标跟踪的历史进行回顾,指出深度学习为获得更为鲁棒的观测模型提供了可能;进而从深度判别模型、深度生成式模型等方面介绍了适用于目标跟踪的深度学习方法;从网络结构、功能划分和网络训练等几个角度对目前的深度目标跟踪方法进行分类并深入地阐述和分析了当前的深度目标跟踪方法;然后,补充介绍了其他一些深度目标跟踪方法,包括基于分类与回归融合的深度目标跟踪方法、基于强化学习的深度目标跟踪方法、基于集成学习的深度目标跟踪方法和基于元学习的深度目标跟踪方法等;之后,介绍了目前主要的适用于深度目标跟踪的数据库及其评测方法;接下来从移动端跟踪系统,基于检测与跟踪的系统等方面深入分析与总结了目标跟踪中的最新具体应用情况,最后对深度学习方法在目标跟踪中存在的训练数据不足、实时跟踪和长程跟踪等问题进行分析,并对未来的发展方向进行了展望。     

食品图像识别方法综述

食品与人类的行为、健康和文化等密切相关.社交网络、移动网络和物联网等泛在网络产生了食品大数据,这些大数据与人工智能,尤其是快速发展的深度学习催生了新的交叉研究领域食品计算.作为食品计算的核心任务之一,食品图像识别同时是计算机视觉领域中细粒度视觉识别的重要分支,因而具有重要的理论研究意义,并在智慧健康、食品智能装备、智慧...     

深度学习在医学影像中的应用综述

深度学习能自动从大样本数据中学习获得优良的特征表达,有效提升各种机器学习任务的性能,已广泛应用于信号处理、计算机视觉和自然语言处理等诸多领域。基于深度学习的医学影像智能计算是目前智慧医疗领域的研究热点,其中深度学习方法已经应用于医学影像处理、分析的全流程。由于医学影像内在的特殊性、复杂性,特别是考虑到医学影像领域普遍存在的小样本问题,相关学习任务和应用场景对深度学习方法提出了新要求。本文以临床常用的X射线、超声、计算机断层扫描和磁共振等4种影像为例,对深度学习在医学影像中的应用现状进行综述,特别面向图像重建、病灶检测、图像分割、图像配准和计算机辅助诊断这5大任务的主要深度学习方法的进展进行介绍,并对发展趋势进行展望。     

知识蒸馏研究综述

高性能的深度学习网络通常是计算型和参数密集型的,难以应用于资源受限的边缘设备.为了能够在低资源设备上运行深度学习模型,需要研发高效的小规模网络.知识蒸馏是获取高效小规模网络的一种新兴方法,其主要思想是将学习能力强的复杂教师模型中的"知识"迁移到简单的学生模型中.同时,它通过神经网络的互学习、自学习等优化策略和无标签、跨...     

基于深度学习的入侵检测模型综述

随着深度学习技术的不断深入发展,基于深度学习的入侵检测模型已成为网络安全领域的研究热点。对网络入侵检测中常用的数据预处理操作进行了总结;重点对卷积神经网络、长短期记忆网络、自编码器和生成式对抗网络等当前流行的基于深度学习的入侵检测模型进行了分析和比较;并简单说明了基于深度学习的入侵检测模型研究中常用的数据集;指出了现有基于深度学习的入侵检测模型在数据集时效、实时性、普适性、模型训练时间等方面存在的问题和今后可能的研究重点。     

深度学习在多核缓存预取中的应用研究综述

当前人工智能技术应用于系统结构领域的研究前景广阔,特别是将深度学习应用于多核架构的数据预取研究已经成为国内外的研究热点。针对基于深度学习的缓存预取任务进行了研究,形式化地定义了深度学习缓存预取模型。在介绍当前常见的多核缓存架构和预取技术的基础上,全面分析了现有基于深度学习的典型缓存预取器的设计思路。深度学习神经网络在多核缓存预取领域的应用主要采用了深度神经网络、循环神经网络、长短期记忆网络和注意力机制等机器学习方法,综合对比分析现有基于深度学习的数据预取神经网络模型后发现,基于深度学习的多核缓存预取技术在计算成本、模型优化和实用性等方面还存在着局限性,未来在自适应预取模型以及神经网络预取模型的实用性方面还有很大的研究探索空间和发展前景。