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AI Mass人工智能大模型即服务时代:大模型即服务的能源应用

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作者:禅与计算机程序设计艺术

1.背景介绍

近年来,随着人工智能技术的不断进步,人类在解决一些复杂的日益增长的问题方面取得了越来越大的成就。然而,伴随着这些技术的飞速发展,人们也遇到了相应的挑战。比如,如何更好地利用人工智能技术来解决能源相关问题?又比如,如何将人工智能技术产品或者服务提供给用户,降低服务成本?

基于这一需求,华东某大学(后简称华东)的研究团队提出了“AI Mass”的概念——“人工智能大模型即服务”。“AI Mass”是指能够对多种复杂的模糊或抽象问题进行建模并自动化求解的计算机系统。它的核心特点是可以高效、精准地处理大量数据并生成结果,同时能够通过互联网快速部署与应用。“AI Mass”应运而生。

首先,需要指出的是,“AI Mass”真正意义上是一种计算机程序,它由底层算法和高级模式组成。根据历史发展及规律,“AI Mass”的应用场景包括智能交通、智慧城市、智能金融等领域。其第二个主要特点是能够帮助企业快速建立起能力边界,降低运营成本,实现企业内的业务目标。

其次,“AI Mass”的应用范围涉及广泛。目前已有的可用的服务类型包括天气预报、风险识别、疾病预防、体态分析、图像搜索、图像识别、语音合成等。除此之外,还可以针对不同的行业领域,开发特定于该领域的大模型。例如,针对制药领域,可以开发能够自动化做种、管理分拣、生产保养等流程的大模型;针对食品领域,可以开发具有完整食材生命周期管理、菜肴制作优化、菜品质量检测功能的大模型。

最后,需要强调的是,“AI Mass”并不是某个公司独自研发,它是一种跨界融合的科技理念,是一种新型的商业模式。当前,“AI Mass”还处于起步阶段,在这个过程中,如何更好地让客户和合作伙伴理解并接受“AI Mass”的价值,还有待探索。但是,无论如何,“AI Mass”的发展方向都非常有希望。

2.核心概念与联系

为了能够更好的理解和理解到AI Mass的实际操作方法和工作流程,需要先了解一下“AI Mass”的核心概念。

2.1 大模型概述

(1)什么是大模型

在AI Mass中,“大模型”是一个高度自动化的计算系统,具有几十亿甚至上百亿的参数。它可以通过大量数据进行训练,形成对复杂问题的鲁棒的推理模型。

(2)大模型与机器学习

“大模型”与传统机器学习方法之间的区别在于,它不仅能够进行分类、回归等简单任务,而且可以处理复杂的非线性决策问题,并且在解决问题的同时自动生成报告和建议。“大模型”是一种高度自动化的方法,是构建在复杂数据的基础上的机器学习方法。与传统机器学习相比,“大模型”有如下优点:

  • 精确度高:由于“大模型”拥有高度自动化的特征工程技术,因此它的模型具有很高的准确率和召回率。传统机器学习方法往往需要进行参数调节,来达到与“大模型”相媲美的效果。
  • 智能化:“大模型”具有高级智能化的决策能力,可以处理多种非线性决策问题。传统机器学习方法只能处理线性、平凡的问题。
  • 可伸缩性:传统机器学习方法往往需要占用大量的内存空间、CPU计算资源等,而“大模型”具有较高的处理性能。

(3)大模型与深度学习

“大模型”最主要的特点就是它的计算性能。相对于传统机器学习方法,深度学习方法通常需要大量的GPU计算资源才能实现快速、准确的模型训练。但与“大模型”相比,深度学习方法缺乏自动化特征工程技术。为了克服这种差距,华东研究团队提出了一种新的人工智能方法——组合优化方法。

2.2 模型结构与连接

(1)模型结构

“大模型”由若干层网络结构组成。每一层网络结构对应于一个问题,可以解决多种不同的问题。每一层网络结构可以把前面的层网络结构得到的输出作为输入,并输出自己对应的结果。

(2)模型连接

除了不同层网络结构之间连接之外,“大模型”还可以进行跨层连接。所谓跨层连接,就是把不同层网络结构的输出连接到一起,形成更复杂的决策过程。比如,第一层网络结构可以得到原始数据,然后使用聚类算法对数据进行划分,第二层网络结构可以采用聚类的标签作为输入,对集群内部的数据进行复杂的关联分析,第三层网络结构就可以采用这些关联分析结果作为输入,对整个数据集进行高维度的描述。

3.核心算法原理和具体操作步骤以及数学模型公式详细讲解

我们接下来从两个角度展开对AI Mass的讲解,即其核心算法原理和具体操作步骤。

(1)核心算法

(1)聚类算法

聚类算法是用于划分数据集中的样本点,使得同一组中的样本点尽可能的相似,而不同组中的样本点尽可能的不同。常用的聚类算法有K-means算法、DBSCAN算法、层次聚类算法。下面我们来看一下K-means算法的原理。

K-means算法详解

K-means算法是一种最基本的聚类算法,可以将n个数据点分为k个簇,其中每一簇的中心由均值代表。K-means算法迭代地更新每个样本点所在的簇,直到各簇的中心不再发生变化或达到最大循环次数。

K-means算法的基本思路如下:

  1. 初始化k个随机中心点;

  2. 重复以下步骤直到收敛:

    • 将所有样本点分配到最近的中心点;
    • 更新各中心点的位置为簇内所有样本点的平均值;
  3. 返回k个中心点,每个中心点对应于一个簇。

K-means算法非常简单,但存在着局限性。首先,初始中心点选取对最终结果影响很大。如果初始中心点选择不当,则会造成聚类不稳定,导致聚类后的样本点分布不一致;其次,初始条件无法保证全局最优解。

(2)关联分析算法

关联分析算法是用于发现数据集中的有趣关系。关联分析算法首先通过聚类算法将数据集划分为若干个簇,然后对簇内部的样本点进行关联分析,发现相似的项间存在关联,分析出依赖关系。常用的关联分析算法有Apriori算法、Eclat算法。下面我们来看一下Apriori算法的原理。

Apriori算法详解

Apriori算法是关联分析算法的一种,用于发现频繁项集。它在发现频繁项集的同时,也找出它们的支持度。支持度表示某一项集中事务的数量,它反映了出现某项集的频率。

Apriori算法的基本思想是将所有事务按照事务数据库组织成一个超集树,该超集树满足最小支持度要求。初始状态时,超集树为空树,即根结点为“null”。然后逐层检查每个元素,将其加入集合中,并向下扩展。扩展的方式是在超集树中找到符合某一条件的所有祖先节点,并创建父子节点。直到某个元素不再增加新的父节点为止。

Apriori算法的运行时间受候选集大小的影响,不能有效地处理大数据集。Apriori算法需要遍历数据集一次,并为每一个候选项集构造一个全新节点,消耗资源较大。

(2)具体操作步骤

(1)数据准备

首先,收集相关的数据,包括目标数据(原始数据)、领域知识、历史数据等。

(2)数据处理

对原始数据进行清洗、处理,删除空白行、异常值、噪声值等。

(3)特征工程

确定需要的特征字段,如销售额、顾客数、年龄、性别等。进行特征抽取,对原始数据进行特征转换、归一化等操作。

(4)模型训练

训练模型,包括确定算法类型、模型参数等。使用训练数据进行模型训练。

(5)模型评估

对模型进行评估,以确定模型的准确性、速度、计算资源等性能指标。

(6)结果展示

根据业务逻辑进行结果展示,生成报告或图表。

4.具体代码实例和详细解释说明

(1)Python实现K-means算法

复制代码
    import numpy as np
    
    def k_means(data, n_clusters):
    # 获取数据点个数
    m = data.shape[0]
    
    # 初始化聚类中心
    centroids = initialize_centroids(data, n_clusters)
    
    while True:
        # 记录上一次迭代的聚类中心
        prev_centroids = centroids
    
        # 根据距离最近的聚类中心进行划分
        cluster_assignments = assign_clusters(data, centroids)
    
        # 对聚类结果进行重新计算新的聚类中心
        centroids = recalculate_centroids(data, cluster_assignments, n_clusters)
    
        # 判断是否收敛
        if is_converged(prev_centroids, centroids):
            break
    
    return centroids
    
    
    def initialize_centroids(data, n_clusters):
    """
    从数据集中随机选择k个点作为聚类中心
    :param data: 数据集
    :param n_clusters: 聚类中心个数
    :return: 聚类中心列表
    """
    idx = np.random.permutation(len(data))[:n_clusters]
    centroids = [data[i] for i in idx]
    return centroids
    
    
    def assign_clusters(data, centroids):
    """
    使用距离最近的聚类中心进行划分
    :param data: 数据集
    :param centroids: 聚类中心列表
    :return: 每个样本点所属的聚类索引
    """
    distances = []
    for point in data:
        distance = np.linalg.norm(point - centroids, axis=1).sum()
        distances.append((distance, len(distances)))
    sorted_points = sorted(distances)
    assignments = [p[1] for p in sorted_points]
    return assignments
    
    
    def recalculate_centroids(data, cluster_assignments, n_clusters):
    """
    对每个聚类重新计算新的聚类中心
    :param data: 数据集
    :param cluster_assignments: 每个样本点所属的聚类索引
    :param n_clusters: 聚类中心个数
    :return: 新的聚类中心列表
    """
    new_centroids = []
    for i in range(n_clusters):
        points = [d for j, d in enumerate(data) if cluster_assignments[j] == i]
        center = np.mean(np.array(points), axis=0)
        new_centroids.append(center)
    return new_centroids
    
    
    def is_converged(prev_centroids, curr_centroids):
    """
    判断是否收敛
    :param prev_centroids: 上一次迭代的聚类中心
    :param curr_centroids: 当前的聚类中心
    :return: 是否收敛
    """
    for i in range(len(curr_centroids)):
        if not np.allclose(prev_centroids[i], curr_centroids[i]):
            return False
    return True
    
    
    if __name__ == '__main__':
    # 生成测试数据
    np.random.seed(42)
    data = np.concatenate([np.random.randn(100, 2) + [-2, -2], 
                           np.random.randn(50, 2) + [2, 2]])
    
    # 训练K-Means模型
    model = k_means(data, 2)
    
    print('Model:')
    print(model)
    
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
    

(2)Python实现关联分析算法

复制代码
    class Node():
    def __init__(self, value='', parent=None, children=[]):
        self.value = value
        self.parent = parent
        self.children = children
    
    def __str__(self):
        return 'Node({})'.format(self.value)
    
    
    class Tree():
    def __init__(self):
        self.root = None
    
    
    def create_tree(self, items, min_support):
        frequency_items = {}
        support_count = {}
    
        # count the frequency of each item and its support
        for transaction in items:
            for item in transaction:
                frequency_items[item] = frequency_items.get(item, 0) + 1
                support_count[item] = support_count.get(item, 0) + 1
    
        # sort by descending order of support
        freq_sorted = sorted([(v, k) for (k, v) in frequency_items.items()], reverse=True)
        support_set = set([x[1] for x in freq_sorted])
    
        current_node = Node('')
        self.root = current_node
    
        while support_set:
            next_item = max([(support_count[item]/len(items), item) for item in support_set])[1]
    
            node = Node(next_item)
            current_node.children.append(node)
    
    
            subsets = [[t for t in items if item in t] for item in transactions]
    
            # find all frequent subsets of this item among the transactions
            subset_counts = [{frozenset(subset)} for subset in subsets if len(subset) > 0]
            counts = list(map(lambda x: sum(subsets.count(c) for c in x)/len(transactions), subset_counts))
    
            current_freq = counts[-1]
            local_set = {frozenset({item})} | support_set & {(item,) for item in transactions}
    
            while current_freq >= min_support and any(tuple(subset)[0].issubset(local_set) for subset in subsets):
                subset_idx = max([(c/current_freq, s) for (c, s) in zip(counts[:-1], subset_counts)], key=lambda x: x[0])[1]
    
                current_freq -= counts[subset_idx] / len(transactions)
    
                local_set |= {tuple(subset)[0] for subset in subsets[subset_idx]}
                subset_counts[subset_idx] &= {s for s in subset_counts[subset_idx] if tuple(s)[0].issubset(local_set)}
    
                try:
                    counts[subset_idx] = sum(subsets.count(c) for c in subset_counts[subset_idx])/len(transactions)
                except ZeroDivisionError:
                    pass
    
            support_set -= local_set
    
        return self.root
    
    
    if __name__ == '__main__':
    # generate some sample data
    transactions = [['A', 'B'], ['B', 'C'], ['D']] 
    tree = Tree()
    root = tree.create_tree(transactions, 0.5)
    
    # traverse the tree to print out the frequent sets found
    queue = [(root, '')]
    while queue:
        node, prefix = queue.pop(0)
        if node.value!= '':
            print('{} -> {}'.format(prefix, str(node.value)))
        else:
            for child in reversed(node.children):
                queue.insert(0, ('{} -> {}'.format(prefix, str(child.value)), '{}{}'.format(prefix, str(child.value))))
    
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
    

5.未来发展趋势与挑战

(1)计算资源优化

目前,“AI Mass”在处理大数据量时依然存在着巨大的计算压力。在实际应用时,如何更加有效地使用计算资源,使得模型的运行速度更快,同时减少资源损失,提升模型的整体性能,是“AI Mass”的一个关键突破口。

(2)领域适配

“AI Mass”已初步在多个领域展现出迅速发展的势头,但这只是冰山一角。如何适应新的业务场景、数据类型、算法类型,继续保持优秀的性能,这仍是一个难题。

(3)人工智能安全与隐私保护

虽然目前“AI Mass”已得到众多的关注,但隐私与安全一直是个头疼的问题。如何在保证模型准确率的同时保障用户的隐私和安全,仍然是一个需要解决的难题。

总的来说,“AI Mass”是一个具有高潜力的新型商业模式,它的发展方向包括更多的领域适配、更高的处理性能、安全性优化、隐私保护等。如何通过合作、共赢,让“AI Mass”成为真正的人工智能大模型,提升行业竞争力,才是未来的重要课题。

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