Conventional machine learning (ML) relies heavily on manual design from machine learning experts to decide learning tasks, data, models, optimization algorithms, and evaluation metrics, which is labor-intensive, time-consuming, and cannot learn autonomously like humans. In education science, self-directed learning, where human learners select learning tasks and materials on their own without requiring hands-on guidance, has been shown to be more effective than passive teacher-guided learning. Inspired by the concept of self-directed human learning, we introduce the principal concept of Self-directed Machine Learning (SDML) and propose a framework for SDML. Specifically, we design SDML as a self-directed learning process guided by self-awareness, including internal awareness and external awareness. Our proposed SDML process benefits from self task selection, self data selection, self model selection, self optimization strategy selection and self evaluation metric selection through self-awareness without human guidance. Meanwhile, the learning performance of the SDML process serves as feedback to further improve self-awareness. We propose a mathematical formulation for SDML based on multi-level optimization. Furthermore, we present case studies together with potential applications of SDML, followed by discussing future research directions. We expect that SDML could enable machines to conduct human-like self-directed learning and provide a new perspective towards artificial general intelligence.


翻译:常规机械学习(ML)严重依赖机器学习专家的手工设计,以决定学习任务、数据、模型、优化算法和评价衡量标准,这是劳动密集型的、耗时的、不能像人类那样自主学习的,在教育科学、自我指导学习中,人类学习者自己选择学习任务和材料而不需要亲手指导,这证明比被动教师指导的学习更为有效。在自我指导人类学习概念的启发下,我们引入了自我指导机器学习的主要概念,并为SDML提出了一个框架。具体地说,我们设计SDML是一个以自我意识为指南的自我指导学习过程,包括内部意识和外部意识。在教育科学、自我指导学习方面,我们提议的SDML进程得益于自我任务选择、自我数据选择、自我模式选择、自我优化战略选择和自我评价衡量选择,而无需人的指导。与此同时,SDML进程的学习表现作为反馈,我们提出基于多层次优化的SDML的数学公式。此外,我们提出案例研究,同时提出SDML的潜在应用SDML的自我指导,我们期望通过学习的自我学习为SDML提供自我学习的未来方向。

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