2021年深度学习在哪些应用上有实质进展？
1. 自然语言处理（NLP）的质变：从理解到生成再到对话
2021年是NLP领域巨变的一年，大型预训练模型的威力得到了更充分的释放，并且应用场景也从单纯的文本理解向更深层次的生成和交互迈进。
更强的文本生成能力： 以GPT3为代表的系列模型，以及其后续迭代和同类竞品，在文本生成方面达到了令人惊叹的水平。它们不再是简单地拼接词语，而是能够根据上下文创作出逻辑清晰、文采斐然的文章、诗歌、代码甚至小说。例如，企业开始利用这些模型撰写营销文案、新闻报道的初稿，甚至辅助程序员编写代码片段，极大地提高了内容生产的效率。
更自然的对话系统： 过去的聊天机器人往往显得生硬且缺乏连贯性，而2021年的进展使得对话系统能够进行更长时间、更深入的交流。模型在理解用户意图、捕捉语境、甚至模拟人类情感反应方面都有了显著提升。这体现在智能客服能够处理更复杂的咨询，个人语音助手能更流畅地理解多轮指令，并且能够提供更具个性化的交互体验。
多模态理解的融合： 深度学习模型不再局限于单一的文本或图像数据。2021年涌现出大量能够同时理解文本和图像的模型，例如CLIP（Contrastive Language–Image Pretraining）及其变种。这些模型能够理解图像与文本之间的关联，实现“看图说话”、“文字描述图像搜索”等功能。这在内容创作、电商搜索、辅助设计等领域带来了革命性的变化。用户可以通过文字描述来寻找特定的图片，或者生成符合描述的图像，这为创意工作者提供了强大的工具。
代码生成和辅助开发： 代码生成模型在2021年取得了显著突破，最著名的例子就是GitHub Copilot。它能根据开发者输入的注释或已有代码，实时预测并生成功能性的代码片段。这不仅能极大提升开发效率，降低编写重复性、模式化代码的负担，甚至能辅助开发者学习新的编程语言或框架。这种进展预示着软件开发的未来将更加高效和智能化。
2. 计算机视觉的精进：从识别到理解再到创造
计算机视觉领域同样在2021年迎来了新的高峰，深度学习模型在理解图像内容、实现精细化操作以及进行图像生成方面都取得了长足进步。
精细化目标检测与分割： 模型在识别图像中具体对象的能力上有了进一步提升，不仅能识别出“猫”，更能区分出“波斯猫”和“暹罗猫”的不同姿态。同时，实例分割技术能够为图像中的每一个独立物体生成精确的轮廓，这对于自动驾驶的精确感知、医学影像的病灶区域识别、以及工业生产的缺陷检测都至关重要。
图像生成与编辑的艺术化： 以Stable Diffusion、DALLE 2等模型为代表的文生图技术在2021年引起了广泛关注。这些模型能够根据用户提供的文本描述，生成高度逼真且富有艺术感的图像。这不仅为艺术家、设计师提供了前所未有的创作灵感和工具，也使得普通用户能够通过简单的文字描述，将脑海中的画面具象化。图像编辑方面，模型能够实现更自然的“图像擦除”、“风格迁移”、“超分辨率”等操作，让图像处理变得更加简单高效。
三维视觉的初步探索： 尽管仍处于早期阶段，但深度学习在三维重建和理解方面也取得了初步进展。模型能够从二维图像中推断出物体的三维形状，这对于虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、机器人导航以及数字孪生等应用至关重要。例如，通过手机拍摄几张照片，即可生成一个简单的三维模型，为内容创作和交互体验提供了新的可能性。
3. 自动驾驶的加速进化：感知、决策与控制的协同
自动驾驶是深度学习应用最受瞩目的领域之一，2021年在感知精度、决策鲁棒性和系统集成方面都有了实质性进展。
更强大的环境感知能力： 结合激光雷达、摄像头、毫米波雷达等多种传感器数据，深度学习模型能够更准确、更全面地理解复杂交通环境，包括识别行人、车辆、交通标志，以及预测其运动轨迹。尤其在恶劣天气（如雨雪、雾霾）和低光照条件下的感知能力得到显著提升。
更智能的决策规划： 模型能够根据感知到的环境信息，做出更安全、更高效的驾驶决策，例如在拥堵路况下寻找最优路径，应对突发情况的避险策略，以及更符合交通规则的变道和超车行为。强化学习在这一领域发挥了关键作用，通过模拟大量的驾驶场景，让模型不断学习和优化决策。
端到端的自动驾驶系统： 一些研究团队在2021年展示了更趋于成熟的端到端自动驾驶系统，即直接将传感器输入映射到车辆的控制指令，中间过程尽量由深度学习模型完成。这种方法的优势在于能够更自然地处理复杂的交互场景，并且随着数据的积累，系统性能可以持续提升。
4. 医疗健康领域的深化应用：诊断、药物研发与个性化治疗
深度学习在医疗健康领域的应用正变得越来越深入和广泛，为疾病诊断、药物研发和个性化治疗带来了革命性的机遇。
医学影像的精准诊断： 深度学习模型在分析X光片、CT、MRI等医学影像方面展现出媲美甚至超越人类专家的能力，能够更早、更准确地检测出肿瘤、病变等异常情况。例如，在眼底照片中识别糖尿病视网膜病变，在胸部CT中检测肺结节等。这极大地提高了诊断效率，减轻了医生的工作负担，并有望挽救更多生命。
加速新药研发： 深度学习被用于预测蛋白质结构（如AlphaFold2在2020年底的突破性进展，在2021年继续得到广泛应用和推广）、筛选潜在药物分子、预测药物相互作用等，从而大幅缩短了新药研发的周期和成本。这为攻克疑难杂症带来了新的希望。
基因组学与个性化治疗： 通过分析大量的基因组数据，深度学习模型能够识别与疾病相关的基因变异，预测个体对药物的反应，从而实现更精准的个性化治疗方案。这标志着医疗正朝着更加个体化、预测性和预防性的方向发展。
5. 科学研究的加速器：材料科学、天文学与气候变化
深度学习已成为推动基础科学研究的重要工具，其在数据分析和模式识别方面的强大能力，正在加速科学发现的进程。
新材料的发现与设计： 模型能够分析海量的材料数据，预测新材料的性质和潜在应用，甚至能够指导科学家设计出具有特定功能的新型材料，例如用于能源存储或催化反应的材料。
天文学数据分析： 在处理来自望远镜的海量观测数据时，深度学习能够帮助天文学家识别出遥远的星系、超新星爆发，甚至寻找系外行星的微弱信号，加速了我们对宇宙的认识。
气候变化建模与预测： 通过分析复杂的地球系统数据，深度学习模型能够更精确地模拟气候变化趋势，预测极端天气事件，并为制定应对策略提供科学依据。
总而言之，2021年是深度学习应用落地和突破性进展的关键一年。这些进步并非孤立的算法提升，而是实实在在地转化为解决实际问题、创造新的价值和驱动社会进步的强大力量。从改变我们获取信息、交流沟通的方式，到提升生产效率、保障人类健康，再到探索宇宙奥秘、应对全球挑战，深度学习的影响力正以前所未有的速度渗透到我们生活的方方面面。
网友意见
任意题材作诗
论资本主义
若为自由故,如今逐利逃。
入城操法律,两股战空槽。
漂白藏珠玉,欢呼夺锦袍。
管窥矜势利,夸视堕尘劳。
一美元炸鸡
精肉蘸浓盐,外焦里嫩香。
将军嫌酒贵,不敢对厨娘。
小吃称珍味,中餐愧上光。
纵然川菜好,难敌此鸡强。
比特币
外挖无穷洞,机神犹未休。
卡中窥币影,池里验沙流。
屡载吸金主,孤深渍盗求。
方知区块链,本是古来游。
咏托卡马克装置
万物托空无,千钧压几重。
钛棱缘铁壁,玉粒耀银钟。
利用核能转,波形巧亦功。
翻身天地震,核腹贮其中。
观美国大选
观望白宫前,森罗万象兴。
宣推川普主,光照玉阶庭。
听决蓝区后,斧开血路行。
群臣皆俯首,膜拜圣明情。
说个冷门而简单的。来自德国一家激光加工公司的企业博士（类似于国内的在职博士）。内容来源是他在我们所交流时做的presentation。
故事背景比较长。激光切割是一种金属加工工艺。在切割的时候需要确定一些工艺参数，例如激光的焦点深度，进给量，保护气的气压等等。在加工过程中，这些参数可能会逐渐偏离设定值，导致工艺质量下降。消除这些误差必须对机器进行校准。但是，现有的技术无法对所有的工艺参数进行实时监控，许多数值只能停机之后进行确定。对于生产线而言，停机的成本巨大。因此，需要一种方法可以在不停机的前提下监测工艺参数，以及时安排校准工作。
这个博士的做法实际上非常直接：拍摄切割断面的照片，用CNN预测工艺参数。
技术层面简单到尴尬。他建立了自己的数据集。他魔改了一个VGG。他用最后的全联接输出直接回归了所有参数。他train了上去。他成了。在自建数据集上准确率喜人。
作为对照组，他找来了企业里的工艺专家和资深工人，让他们根据图片预测工艺参数。大部分人直接表示这不可能，拒绝给出答案。少部分人硬着头皮选了答案，准确率远低于神经网络。即使他向人类专家展示了全部训练集，人类专家也远达不到神经网络的准确率。
这是他的第一个贡献，一个专用数据集和一个远强于人类专家的工艺参数估计网络。
然后他又进了一步，用已有的可视化的方法，标记出了切割断面上对预测值贡献最大的区域（像素级标记）。有意思的来了，他向专家和工人们展示了少量可视化结果。结果专家和工人们根据图片预测工艺参数的准确率明显提升。
这是他的第二个贡献，用可视化的方法，让神经网络教会人类如何预测工艺参数。
最后的故事是，企业对成果十分重视，跟进了研发，后续准备投入生产。而这个博士自己收割了很多激光加工领域的论文（CNN的精度对该领域的传统方法是碾压）。
与那些凑trick刷SOTA，魔改attention，变花样讲故事的工作相比，这个博士的方法简单到辣眼睛。但是它就是在实际中work了，变成了实在的生产力。另外，自建数据集和大量的问卷调查也是极其耗费心力的。坚持做下来也是不容易。respect。
注：评论区有激光切割工程师。请大家参考专业意见。
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