白話科技|過擬合overfitting是什麼?解密「AI犯低級錯誤」背後概念:只懂死背的考試怪物,一改考題就全崩?
白話科技|過擬合overfitting是什麼?解密「AI犯低級錯誤」背後概念:只懂死背的考試怪物,一改考題就全崩?

由OpenAI推出的GPT系列被公認是AI領域的領導者之一,不過當2019年GPT-2登場時,這個擁有15億參數、基準測試領先的模型卻被人們發現一個奇怪現象: 當輸入不特定提示詞時,它可能會照本宣科吐出訓練中看到的資料,一點也不像當時最先進的AI模型。

這個現象是大型語言模型中的「過擬合」(overfitting),即使是訓練量龐大的先進模型,也可能因為學到訓練資料中不必要的細節,變得只會重複當時看到的內容,無法發揮實力。時至今日,過擬合仍是AI領域必須認真面對的挑戰。

「過擬合」是什麼?AI學太仔細也不行?

過擬合是一種不理想的機器學習行為。 當演算法與訓練資料過於接近,就會發生過擬合,使得AI學到的只是資料的細節,甚至是不具代表性的巧合,而不是規律,以至於根本無法對新資料進行準確預測。

與過擬合相對的概念則是欠擬合,指模型無論在訓練資料或新資料上,都表現不佳。AI訓練的目標便是在過擬合和欠擬合之間找到最佳平衡點。

出現過擬合現象的模型,就像是一位只懂得死背考古題的學生,儘管解起考古題來滾瓜爛熟,一旦正式考試題目出現變動,就不知如何變通,在針對訓練資料和測試資料出現的準確度上,有著巨大的差距。

好比說, 當你想訓練一個AI模型辨別包含「狗」的圖像時,如果訓練用的資料絕大多數是狗在公園或戶外玩耍的照片,它可能學到「看到草皮=有狗」,結果室內的狗就認不出來。

用同樣的「狗」例子:如果你拿一堆狗的照片訓練模型,但模型太簡單或訓練不足,它只學到很粗的特徵, 例如「有四條腿、毛茸茸」。結果遇到室內、戶外、長毛或短毛的變化,它都分不清,甚至連訓練集裡的狗也常判錯。這就是欠擬合 ——不管在舊資料或新資料上都表現差,因為模型沒有抓到辨識「狗」的有效規律,只停留在過度簡化的概括。

MatLab開發商MathWorks就透過這張圖表,直白地表現過擬合究竟是什麼狀況。這邊的分類(Classification)和迴歸(Refression)是指AI兩種最基本、最常見的任務。

overfitting.jpg
過擬合代表著,AI過於關注每個資料點,反而忽視了背後的規律。
圖/ Mathworks

分類任務是指將資料點歸類到不同離散類別之中,白話來講就是識別任務,例如判斷圖片裡的動物是貓還是狗,一封電子信件是不是詐騙郵件;而迴歸任務則是指預測一個連續的數值,像是根據過去一週資料,預測明天的氣溫或股票價格,或者依照房子的布局、大小推斷房價等等。

這張圖無論在分類或迴歸任務上,都可以看出過擬合出現同樣的核心問題: 模型過度執著資料中的每個點,忽略了背後呈現的規律。

過擬合的原因是什麼?

過擬合又是什麼情況會出現?建立機器學習演算法時,通常會運用大量樣本資料來訓練模型, 但當訓練時間過長,或者模型過於複雜,資料量太小時,AI可能會開始記憶訓練資料中不量不相關的資訊,導致模型過度專注於訓練材料,失去對新資料進行預測的能力。

具體而言,亞馬遜在介紹過擬合的文章中,給出以下幾點原因:

1.訓練資料太大或太小,且不包含足夠的範例,無法準確呈現所有可能輸入的資料
2.訓練資料包含大量不相關的資訊,或稱為雜訊資料
3.模型在單一資料夾上訓練時間過長
4.模型擁有高複雜度,因此能夠學習訓練資料中的雜訊

當年GPT-2出現過擬合,一部分原因就被認為與資料集太小有關,GPT-2訓練資料僅僅只有40GB,與高達15億的參數量比例失衡。相當於一位聰明絕頂、過目不忘的學生,課本卻只有薄薄一本,學生很快就背完所有內容,反而無法舉一反三。

過擬合的案例?

Google Flu Trends

早期以搜尋關鍵字預測流感盛行,但因搜尋行為與演算法調整偏移,連年高估或低估流感趨勢。簡單來說,就是把搜尋熱度當成流感指標,因此AI模型其實在記「平台習慣」,不是「疾病訊號」,所以一上線就常年高估或低估。

馬拉松世界紀錄曲線擬合

用多項式或指數曲線外推「破二」年份,在訓練期擬合極好但對未來預測常失準;反映用過度靈活的函數擬合少量紀錄點,容易把偶然波動當成結構性趨勢。

股價預測(個股技術指標堆疊)

在歷史資料上回測準確率極高,但出場到新時段或不同市場崩潰;常見原因是過度調參、指標叢林與資料探勘偏誤,把隨機噪音當模式。換言之,就是AI是「記住」了某段行情的噪音與巧合;一換時期或市場,績效立刻崩。

影像分類的背景洩漏

軍用車輛辨識模型在訓練集表現亮眼,但實測失敗;事後發現模型主要依賴天空/背景的亮度與攝影條件而非車輛特徵,屬「隱性特徵過擬合」,學到的是「場景」不是「物件」。

醫療影像中的醫院水印/設備偏差

癌症偵測模型在內部數據表現優異,跨院落地效果大幅下降;模型學到的是特定醫院的掃描器特徵、水印或處理流程痕跡,而非病灶本身。

過擬合怎麼解決?5種常見方法應對

而在過擬合受到AI產業重視後,如今實務上也有幾種常見的解決方案,或者避免AI模型落入過擬合的辦法。

1.提前停止:見好就收

顧名思義,提前停止(early stopping)就是在模型開始學習訓練資料中的雜訊前,及早暫停訓練。不過如何把握時機會是關鍵,如果太早停止訓練也可能導致欠擬合問題。

overfitting02.jpg
提早停止便是要在測試誤差回升前停止訓練,見好就收。
圖/ AIML.com

這是一張展現AI模型在訓練過程中,隨著模型複雜度增加,在訓練資料及測試資料上誤差的變化趨勢。而提前停止的目標就是要在測試資料的誤差回升前停止訓練,確保在過擬合和欠擬合之間找到平衡點。

2.資料增強:讓資料更多樣

資料增強(data augmentation)也是一種機器學習技術,透過小幅變更輸入資料來豐富訓練資料的多樣性,例如在圖像識別領域,可以利用旋轉、剪裁、調整亮度等手段,讓模型看見更多不同樣貌的資料,進而提昇模型舉一反三的能力。

3.特徵選擇:幫AI畫重點

特徵選擇(feature selection)則是透過從原始資料中,找出對模型任務最有幫助的特徵,或者稱變數、變量,並移除不相關、重複或可能誤導模型的資訊,這可能是人為挑選,也可能是利用數學方法自動化選擇,像是幫學生在課本上畫重點,避免AI被沒有直接關聯的雜訊所影響。

4.正則化:幫AI上緊箍咒

正則化(regularization)就是對模型的行為設定約束和懲罰,來避免AI太過「自信」。正則化會對特徵的權重大小施加懲罰,權重是指AI認為這個特徵有多重要。模型在訓練時除了要讓預測結果準確,還要確保權重維持在一定範圍內。為了達成這個目標,如果一個特徵對提昇準確度幫助不大,模型就會降低它的權重。

舉例來說,假如AI模型在預測房價時,給予「城市氣溫」這個特徵極高權重(認為它對房價影響很大),正則化就會給予這個大權重施加懲罰。而為了避免懲罰,模型會自動學習降低城市氣溫的權重,同時提昇「平均收入」或「人口成長」等關鍵特徵的權重,透過懲罰機制讓模型自主學會什麼是重要的。

5.集成方法:AI分工合作

集成方法(Ensemble methods)就像是建立一個「專家小組」,集結不同AI的判斷綜合得出最全面的結論。常見的是有Bagging(投票/取平均)、Boosting(輪流糾錯)等方式,Bagging會讓多個AI用不同資料子集訓練,例如當你想要預測電影票房,可以讓100個模型用不同年份的電影資料訓練,最後再平均這100個模型得出的票房結果。

而Boosting則是讓不同模型依序訓練,第二個模型會針對第一個模型預測不準確的電影類型加強訓練,一步步彌補前一個模型的不足,分工合作解決複雜問題。

延伸閱讀:企業最昂貴的日常不是薪水,是「瞎忙文化」!4個心靈拷問,看看你的組織中了幾個?

資料來源:AIML.comMathworksIBMAWS

責任編輯:李先泰

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迎戰大缺工時代!德國凱馳在台首推「智慧自主洗地機器人」,開啟商用清潔革命
迎戰大缺工時代!德國凱馳在台首推「智慧自主洗地機器人」,開啟商用清潔革命

在少子化與高齡化的雙重夾擊下,台灣勞力結構正面臨前所未有的嚴峻挑戰,預估從2020至2030年間,15至64歲的勞動人口將減少約10.3%。「缺工」不再是短期波動,而是長期影響各行各業的結構性危機,尤以高度依賴人力的清潔產業為甚。

然而在後疫情時代,社會對場域的衛生標準只增不減,加上大型商場、交通樞紐、物流中心與高科技廠房的建設面積每年持續擴增,清潔人員招募困難且年齡漸趨中高齡,有限人力難以扛起龐大的日常清潔工作。

面對亟待填補的市場空缺,全球清潔設備領導品牌德國凱馳,憑藉深厚的專業底蘊與嚴謹的研發標準,首次在台推出「KIRA BR 50智慧自主洗地機器人」,為台灣大型商用場域提供劃時代的智慧清潔解方。

凱馳總經理李恒毅觀察,少子化與高齡化衝擊清潔產業,透過更省時省力的「人機協作」模式,可大幅減輕第一線清潔人員負擔。
凱馳總經理李恒毅觀察,少子化與高齡化衝擊清潔產業,透過更省時省力的「人機協作」模式,可大幅減輕第一線清潔人員負擔。
圖/ 數位時代

凱馳總經理李恒毅強調,「KIRA BR 50並非要取代清潔人員,而是建立更省時省力的『人機協作』模式。」在傳統模式下,清潔人員必須拖著重達數十公斤的水桶與設備,在大面積區域來回奔波,耗時費力。有了KIRA BR 50後,機器人能精準且獨立承接大面積地板的頻繁清掃與洗刷,讓清潔人員將珍貴時間與專注力轉移至桌面、扶手及高接觸頻率的精細區域清潔,大幅減輕第一線負擔。

集結百年洗地技術與智慧科技,四大特點樹立清潔標竿

事實上,市場不乏新創科技公司推出清潔機器人,但凱馳業務總監李敍均指出,大多新創公司擅長科技部分,但對於「如何把地洗乾淨」的清潔本質缺乏經驗。德國凱馳成立近百年來,早已是這方面的專家,歷經總部反覆打磨,KIRA BR 50結合凱馳的專業工藝與前沿科技,以四大特點樹立智慧清潔標竿。

凱馳業務總監李敍均指出,「KIRA BR 50智慧自主洗地機器人」經過德國總部嚴格打磨才正式問世,展現德國工藝的嚴謹與專業。
凱馳業務總監李敍均指出,「KIRA BR 50智慧自主洗地機器人」經過德國總部嚴格打磨才正式問世,展現德國工藝的嚴謹與專業。
圖/ 數位時代

首先是「高效清潔」,相較一般清潔機器人使用盤刷,容易讓污垢在地面旋轉滯留,KIRA BR 50採用獨家滾刷技術,一次完成預掃、收集垃圾、洗地與擦乾,搭配側刷貼近牆角,完成零死角邊緣清潔。每分鐘超過1300轉的高轉速刷頭,加上業界最高刷壓,大幅提升清潔效果,最高每小時可自主清潔高達2365平方公尺,相當於5.6座籃球場,一小時即可完成約兩次台北車站大廳的清潔作業,非常適合面積廣大的車站、機場、物流中心等大型場域使用。

第二是「極致安全」,隨著智慧設備進入高科技產業與政府機關等敏感場域,企業對設備安全與隱私防護的要求也日益提高,KIRA BR 50配備「3D點陣式影像偵測技術」,當機器人在環境感知與避障時僅呈現去識別化的點陣雲,不記錄或上傳實體影像,從源頭杜絕案場影像與隱私資訊被記錄或外洩的疑慮。此外資料傳輸裝置均支援AES-256位元高規格加密,並通過IEC與Syss等多項國際認證的自主導航、電氣安全與防駭客入侵設計,領先競品,建立清潔機器人極致安全的新標準。

第三是「解放人力」,大面積且重複的洗地工作交給機器人後,第一線員工便能投入更多需要專業服務的細緻清潔工作;同時搭配四合一自動工作基站,能自動高速充電、補充清水、排放汙水、清洗水箱,讓清潔人員更加省事。

第四是「友善操作」,考量許多清潔人員為中高齡族群,機身特別以簡單顏色和圖形化介面標示清潔人員可獨立操作的簡易按鈕,直覺易懂。針對開放式大面積,僅需人工操作一次,機器人便可在短時間內自主完成地圖掃描與路徑規劃,並具備智慧記憶功能,能自動回補因臨時障礙物而漏洗的區域,無須專業工程師提前設定地圖與電子圍籬,大幅降低使用門檻。

第一線清潔龍頭實測驗證,人機協作打造清潔新紀元

這套智慧清潔方案在正式推向市場前,也已在台灣機場等第一線大型場域實地驗證,與凱馳合作長達10多年的台灣清潔產業龍頭——信實集團,正是這場科技變革的最佳見證者。

信實集團副總經理趙雪吟相當期待未來在大型公共場域中引進KIRA BR 50,藉此提升清潔效率。
信實集團副總經理趙雪吟相當期待未來在大型公共場域中引進KIRA BR 50,藉此提升清潔效率。
圖/ 數位時代

信實集團承攬機場、車站等眾多大型公共標案,對設備品質與安全極為挑剔,信實集團副總經理趙雪吟坦言,「服務業缺工已經是全面性挑戰,第一線清潔產業長期面臨人力招募困境,引進自動化設備是不可逆趨勢。」

早在一、兩年前他親赴德國凱馳,看到KIRA BR 50後,便非常期待正式在台上市的一天。此次信實率先參與驗證,對KIRA BR 50展現出的穩定度與清潔效率印象深刻,不僅能高效自主洗地,完成後還會返回工作站維護充電,讓有限人力集中於精細工作上。

「KIRA BR 50智慧自主洗地機器人」具備四大特點,以高效清潔與極致安全協助企業穩定清潔量能。
「KIRA BR 50智慧自主洗地機器人」具備四大特點,以高效清潔與極致安全協助企業穩定清潔量能。
圖/ 數位時代

趙雪吟也特別強調,公家機關與大型企業標案對設備的製造品質、電氣安全與資安防護有嚴格標準,凱馳耗費數年進行嚴謹測試與多項國際認證,正是信實能放心將機器人引入重要案場的關鍵,期望未來導入至更多大型公共場域。

隨著KIRA BR 50正式登台,凱馳不僅為缺工時代提供最佳解方,也展現作為全球清潔設備領導品牌的前瞻視野,敏銳洞察清潔產業缺工、高齡化的必然趨勢,從第一線人員與企業實際需求出發,提前佈局研發對應智慧產品。未來凱馳將持續以領航者之姿,引進多元的專業清潔機型,讓「人機協作」不再只是前瞻概念,而是兼顧品質、安全與人本價值的最佳幫手,全力助攻台灣清潔產業邁向更高效、智慧、也更有溫度的全新紀元。

在2026台北國際自動化工業大展中,凱馳也將「KIRA BR 50智慧自主洗地機器人」帶到現場,展示人機協作的智慧清潔模式。
在2026台北國際自動化工業大展中,凱馳也將「KIRA BR 50智慧自主洗地機器人」帶到現場,展示人機協作的智慧清潔模式。
圖/ 數位時代
關鍵字: #機器人

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